Penyelidikan elektrik oleh saintis Universiti Clemson boleh membawa kepada penciptaan bateri yang lebih ringan dan cepat mengecas sesuai untuk kuasa ruang angkasa, atau bahkan rover Marikh.
Penyelidikan itu, yang dibiayai oleh NASA, baru-baru ini dilaporkan dalam artikel bertajuk "Tiga Dimensi Si Anodes with Fast Diffusion, High Capacity, High Rate Capability, dan Long Cycle Life" yang muncul dalam jurnal Persatuan Kimia Amerika Bahan Gunaan dan Antara Muka. Penulisnya termasuk Shailendra Chiluwal, Nawraj Sapkota, Apparao M. Rao dan Ramakrishna Podila yang kesemuanya merupakan sebahagian daripada Clemson Nanomaterials Institute (CNI).
Podila, seorang pembantu profesor di Jabatan Fizik dan astronomi Kolej Sains, berkata bateri baru revolusioner tidak lama lagi boleh digunakan dalam satelit A.S.
"Kebanyakan satelit terutamanya mendapat kuasa mereka dari matahari," kata Podila. "Tetapi satelit itu perlu dapat menyimpan tenaga apabila berada di bayang-bayang Bumi. Kita perlu menjadikan bateri sebagai cahaya yang mungkin, kerana semakin banyak satelit berat, semakin banyak kos misinya."
Podila berkata bahawa untuk memahami penemuan kumpulan, anda boleh menggambarkan anod graphite dalam bateri litium-ion sebagai dek kad, di mana setiap kad mewakili lapisan graphite yang digunakan untuk menyimpan cas sehingga elektrik diperlukan. Masalahnya, Podila berkata, adalah bahawa "graphite tidak boleh menyimpan banyak caj."
Pasukan Clemson memilih untuk bekerja dengan silikon, yang boleh membungkus lebih banyak caj, yang bermaksud lebih banyak tenaga boleh disimpan dalam sel-sel yang lebih ringan. Walaupun saintis telah lama menghargai kapasiti silikon yang tinggi untuk penyimpanan elektrik, bahan ini memecahkan selain daripada kepingan yang lebih kecil kerana ia mengenakan bayaran dan pelepasan.
Penyelesaian yang pasukan datang dengan melibatkan penggunaan silikon kecil zarah "nanosized", yang meningkatkan kestabilan dan menyediakan kehidupan kitaran yang lebih lama. Daripada dek kad yang diperbuat daripada graphite, bateri baru menggunakan lapisan bahan nanotube karbon yang dipanggil Buckypaper, dengan silikon nanoparticles sandwic di antara.
Dengan jenis pembungkusan dalaman itu, walaupun zarah silikon pecah, mereka "masih dalam sandwic," kata Podila.
"Lembaran bebas nanotube karbon menyimpan nanopartikles silikon yang berkaitan secara elektrik antara satu sama lain," kata Shailendra Chiluwal, pelajar siswazah di CNI dan penulis pertama mengenai kajian itu.
"Nanotubes ini membentuk struktur separa tiga dimensi, memegang nanopartikles silikon bersama-sama walaupun selepas 500 kitaran, dan mengurangkan rintangan elektrik yang timbul daripada pecahan nanopartikles."
Menggunakan bateri yang diperbuat daripada silikon dan nanomaterial lain bukan sahaja meningkatkan kapasiti, ia juga membolehkan bateri mengecas pada arus yang lebih tinggi, yang diterjemahkan ke masa pengecasan yang lebih cepat. Sebagai sesiapa yang telefon bimbitnya pernah meninggal dunia di tengah-tengah panggilan telefon tahu, ini adalah ciri penting untuk teknologi bateri.
Pengecasan yang lebih cepat adalah mungkin kerana bateri baru juga menggunakan nanotubes sebagai mekanisme penampan yang membolehkan pengecasan pada kadar empat kali lebih cepat daripada yang mungkin pada masa ini.
Bateri yang lebih ringan yang mengenakan bayaran lebih cepat dan menawarkan kecekapan yang sangat meningkat bukan sahaja akan menjadi boon kepada angkasawan yang memakai sut berkuasa bateri, tetapi juga kepada saintis dan jurutera yang perlu mendapatkan angkasawan ke destinasi mereka.
"Silikon sebagai anod dalam bateri litium-ion mewakili 'grail suci' untuk penyelidik dalam bidang ini," kata Rao, pengarah CNI dan penyiasat utama mengenai geran NASA. Rao juga berkata bateri baru tidak lama lagi akan mencari jalan mereka ke dalam kenderaan elektrik.
"Matlamat kami seterusnya adalah untuk bekerjasama dengan rakan industri untuk menterjemahkan teknologi berasaskan makmal ini ke pasaran," kata Podila, pengarang kajian yang sepadan dan penyiasat bersama mengenai geran NASA. "Kami berterima kasih kepada NASA dan South Carolina EPSCoR kerana memberikan anugerah untuk melaksanakan projek-projek tersebut yang akan memberi kesan yang berkekalan kepada misi angkasa dan landskap tenaga global."
