クレムソン大学の科学者による電化研究は、宇宙服、あるいは火星ローバーに電力を供給するのに適した、より軽く、より速く充電できる電池の作成につながる可能性があります。
NASAが資金を提供したこの研究は、最近、アメリカ化学会の学術誌「応用材料とインターフェース」に掲載された「高速拡散、高容量、高レート能力、および長いサイクルライフを有する3次元Siアノード」と題する記事で報告された。著者には、シャイレンドラ・チルワル、ナウラジ・サプコタ、アパパラオ・M・ラオ、ラマクリシュナ・ポディラが含まれており、いずれもクレムソン・ナノマテリアル研究所(CNI)の一員である。
科学大学物理学・天文学科のポディラ助教授は、革命的な新しい電池はまもなく米国の衛星で使用される可能性があると述べた。
「ほとんどの衛星は主に太陽から電力を得る」とポディラは言った。しかし、衛星は地球の影にあってエネルギーを蓄えることができる。衛星の重さが増すほど、ミッションコストが高くなるため、電池をできるだけ軽くしなければならない」
Podila氏は、グループのブレークスルーを理解するために、リチウムイオン電池のグラファイトアノードをカードのデッキとして視覚化することができ、各カードは電気が必要になるまで充電を保存するために使用されるグラファイトの層を表していると述べた。問題は「グラファイトはあまり充電できない」ということです。
Clemsonチームは、より多くの充電をパックできるシリコンで作業することを選択し、より多くのエネルギーをより軽いセルに保存することができます。科学者たちは長い間、電気貯蔵のためのシリコンの高容量を評価してきましたが、この材料は充電と放電として小さな部分に分解されます。
チームが考え出したソリューションは、安定性を高め、より長いサイクル寿命を提供する小さなシリコン「ナノサイズ」粒子の使用を含みます。新しい電池は、グラファイトで作られたカードのデッキではなく、バッキーペーパーと呼ばれるカーボンナノチューブ材料の層を使用し、シリコンナノ粒子を挟み込みます。
このような内部包装では、シリコン粒子が分裂しても、彼らは「まだサンドイッチの中にいる」とPodila氏は述べた。
CNIの大学院生で、この研究の最初の著者であるシャイレンドラ・チルワル氏は、「カーボンナノチューブの独立したシートは、シリコンナノ粒子を電気的に接続し合っています。
「これらのナノチューブは、準3次元構造を形成し、シリコンナノ粒子を500サイクル後でも一緒に保持し、ナノ粒子の破壊に起因する電気抵抗を軽減します。
シリコンや他のナノ材料で作られた電池を使用すると、容量が増加するだけでなく、より高い電流でバッテリーを充電することができ、充電時間が短縮されます。携帯電話が電話の途中で死んだことがある人なら誰でも知っているように、これはバッテリー技術にとって重要な機能です。
新しい電池は、現在可能な4倍の速度で充電することを可能にするバッファメカニズムとしてナノチューブを使用しているため、より速い充電が可能です。
より速く充電し、効率を大幅に向上させる軽量バッテリーは、バッテリー駆動のスーツを着た宇宙飛行士だけでなく、宇宙飛行士を目的地に連れて行かなければならない科学者やエンジニアにとっても恩恵となります。
「リチウムイオン電池の陽極としてのシリコンは、この分野の研究者にとって『聖杯』を表しています」と、CNIのディレクターでNASA助成金の主任研究者であるRaoは述べています。Raoはまた、新しいバッテリーはすぐに電気自動車への道を見つけると言いました。
「私たちの次の目標は、産業パートナーと協力して、このラボベースの技術を市場に翻訳することです」と、研究の対応する著者であり、NASA助成金の共同調査官であるPodilaは述べています。NASAとサウスカロライナ州のEPSCoRが、宇宙ミッションや世界のエネルギー環境に永続的な影響を与えるようなプロジェクトを実施する賞を授与してくれたことに感謝しています。
