Литий-ионная батарея с серным катодом

Ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) и Стэнфордского Университета (Stanford University, США) создали литий-ионный аккумулятор с серным катодом необычной структуры.

Попытки создания литий-ионных аккумуляторов с серными катодами сопряжены с двумя проблемами. Когда ионы лития попадают на серный катод во время фазы разрядки батареи, они вступают в реакцию с атомами серы, образуя промежуточные соединения (что важно для эффективной работы катода), но при длительном хранении энергии данные соединения растворяются, ограничивая энергоемкость катода. В то же время приток ионов вызывает 80%-е увеличение объема последнего. Ученые пытались применять защитные покрытия, чтобы помешать растворению промежуточных соединений (полисульфидов), но при расширении катода они покрывались трещинами.

Новый серный катод имеет защитное покрытие, которое изготовлено из пористого диоксида титана(TiO₂). При этом твердая оболочка покрывает катод на основе наночастиц серы, объем которых существенно меньше объема свободного пространства внутри оболочки. Благодаря этому расширение наночастиц не приводит к растрескиванию оболочки. Ионы в данном случае совершенно свободно перемещаются через тонкий слой диоксида титана, а оболочка препятствует растворению полисульфидов в электролите. Диаметр каждой наночастицы, из которых состоит катод, равен 800 нм.

Аккумулятор установил рекорд удельной емкости — она увеличена в 5 раз по сравнению с существующими литий-ионными аккумуляторами и составляет 1,673 мА*ч/г. Кроме того, разработанный катод обладает повышенной долговечностью: он сохраняет свои характеристики на достаточно высоком уровне даже после 1000 циклов заряда/разряда.

В перспективе данная технология позволит создать легкие и более долговечные батареи нового поколения для использования в портативной электронике, электромобилях и пр.

Источник: www.nature.com

ТРАНСПОРТНЫЕ
И
КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Новый полимер для искусственных мышц

Инженеры Массачусетского технологического института (MIT, Massachusetts Institute of Technology; США) разработали новый полимерный материал для искусственных мышц. Выполненная из данного полимера пленка способна сгибаться только при попадании на нее влаги (достаточно ее количества, которое повсеместно присутствует в воздухе).

В основу материала входят два полимера, которые имеют разные функции. Полипиррол — образует твердую, но гибкую матрицу-подложку; полиол-борат — мягкий гель, который набухает при поглощении воды.

В ходе проведенных экспериментов 20-микронная пленка при поглощении небольшого количества влаги начинала сворачиваться в трубку. После обдувания сухим воздухом она снова разворачивается. Цикл повторяется.

Таким образом химическая энергия градиента воды превращается в полезную механическую энергию. При этом механическую энергию движения пленки можно преобразовать в электричество — достаточно соединить пленку с пьезоэлектрическим материалом и система может генерировать в среднем 5,6 нВ энергии —достаточное для питания микросенсоров количество.

По результатам опытов, пластинка весом в 25 мг смогла поднять кусок стекла весом 9 г, что в 380 раз больше ее собственного веса. Аналогом разработки можно считать искусственные мышцы на углеродных нанотрубках (технология находится в разработке и в настоящее время максимальные размеры мышц составляют доли миллиметров), способных поднять вес, который в 200 тыс. больше их собственного, однако энергия, необходимая для работы данных «мышц», составляет 4 кВт на 1 кг веса, тогда как для представленной разработки необходимо только обеспечить подачу сухого воздуха.

Технология находится на начальном этапе разработки. Первый выявленный недостаток — отсутствие эффективного способа управления материалом.

Применение технологии полимеров для искусственных мышц позволит создать практически вечные сенсоры, не требующие подзарядки. Также материал может выступать в роли привода для роботов.

Источник: www.mit.edu

Самый быстрый микроробот

Инженеры Калифорнийского университета в Беркли (The University of California, Berkeley, США) разработали самого быстрого микроробота с шестью конечностями — VelociRoACH.

Данный робот, обладая длинной в 10 см и весом 30 г, способен двигаться с максимальной скоростью 2,7 м/с и нести полезную нагрузку в 120 г.

Для снижения веса робота его корпус был выполнен из картоноподобного материала. Для передвижения робот использует С-образные конечности, которые совершают движения со скоростью до 15 раз в 1 с. Стабильное и плавное движение VelociRoACH обеспечивается за счет легких пластиковых крыльев, которые стабилизируют устройство во время движения.

В качестве примера: робот Cheetah компании Boston Dynamics (США) может перемещаться с немного большей максимальной скоростью — 3.2 м/с, однако его вес составляет ~ 80 кг.

Единственным существенным недостатком VelociRoACH остается картонный корпус робота: легкий, но очень непрочный и недолговечный. В настоящее время разработчики работают над усилением корпуса.

Данную разработку предполагается применять как платформу для установки микрокамер и микросенсоров, что позволит использовать робота в разведывательных целях.

Источник: www.berkeley.edu

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: