Диоксид титана (TIO2) может сыграть жизненно важную роль в разработке следующего поколения аккумуляторов.

Батареи - это будущее. От увеличения электромобилей до хранения энергии в масштабе сетки, чтобы обеспечить переход к более возобновляемой мощности, стремление к лучшим и более длительным батареям никогда не было больше.

Создание таких более длительных батарей с большей емкостью не является простым, и остается несколько проблем, которые нужно преодолеть. Несмотря на то, что они далеки от того, чтобы быть решением, готовым к коммерческому использованию, исследования показали, что диоксид титана может сыграть важную роль в будущем батарей, в частности, в частности.

Литий -ионные батареи

Большинство батарей, которые используются для хранения большого количества энергии или предназначены для перезарядки, - это литий -ионные батареи.

Эти батареи хранят энергию и высвобождение путем перемещения ионов между отрицательными и положительными «концами» (электродами) через химическое вещество, называемое электролитом. Когда вы заряжаете батарею, ионы движутся к отрицательному электроду. Когда батарея используется, ионы текут к положительному электроду, генерируя электрический ток.

В обычных батареях процесс, который происходит для генерации электрического заряда, может произойти только один раз и в одном направлении. Однако в перезаряжаемых литий -ионных батареях химический процесс обратимо, чтобы позволить батарею снова использовать.

Почему диоксид титана?

От замены электродов в новых батареях до ускорения процесса зарядки, диоксид титана (TIO2) оказался полезным различными способами.

«Есть несколько функций о TIO2, которые полезны для аккумуляторов», - говорит профессор Колм О'Дуайер из Университета Корка, Ирландия, провел исследование.

«Во-первых, это позволяет обратимой реакции с литием, которая является относительно стабильной по сравнению с литий-содержащим графитом, обнаруженным в нескольких электролитах батареи. Поскольку он может ездить на велосипеде в течение очень долгого времени, возможно, это идет каким -то образом уменьшить потребность в переработке батарей ».

Способность пополнять батареи становится все более важной для растущего числа используемых мобильных электронных устройств, а также для перехода к возобновляемым формам энергии, где переменная солнечная энергия или энергия ветра может быть сглажено с помощью эффективного накопления энергии.

Нанотрубные батареи

В 2015 году команда исследователей в Сингапурском технологическом университете Наняна (NTU) разработала метод превращения наночастиц диоксида титана в нанотрубки путем перемешивания. Эти крошечные трубки, одна тысятная ширина человеческих волос, создаются методом перемешивания, который удлиняет частицы в форму трубки.

Гель, содержащий нанотрубки, был помещен в отрицательный электрод литий -ионной батареи вместо традиционного графита. Это ускорило химическую реакцию в электролите, создав батарею, которая может быть заряжена до 70 процентов его мощности всего за две минуты, с ожидаемой продолжительностью срока службы 20 лет. Это означает, что отходы от батарей могут быть резко уменьшены.

По мере использования батареи материалы в них начинают разтраваться; Это то, что вызывает снижение производительности. Но, как обнаружили профессор О'Дуайер и его команда в 2015 году, когда в литий -ионную батарею была добавлена пористая версия диоксида титана, материалы аккумулятора оставались нетронутыми после зарядки и разгрузки более 5 000 раз.

«Это трехмерное расположение наночастиц рутильной фазы диоксида титана называется« обратным опалом »и образуется путем заполнения искусственных опалов, изготовленных в лаборатории с активным материалом батареи», - говорит профессор О'Двиер.

«Обратные опальные структуры естественным образом встречаются в природе. Эти периодически пористые структуры составляют красочные, переливающиеся части крыльев бабочек, перья павлинов, экзорелетные сооружения долгоносиков и морской мыши, чтобы назвать несколько ».

В аккумуляторе пористая версия диоксида титана является проводящей, без необходимости добавок, которые в настоящее время используются в коммерческих электродах батареи.

Кроме того, литий эффективно реагирует с пористой структурой, что означает быстрое перезарядки аккумулятора.

Литиевые батареи, содержащие TiO2, могут быть названы литиевыми титанатами (LTO) литий-ионными батареями на основе LTO. Помимо улучшений зарядки и более длительного срока службы, литийные батареи на основе LTO также безопаснее, поскольку компоненты батареи более стабильны.

За пределами лития

Но это не все о литий -ионах.

Когда литий -ион пробивается от одного электрода к другому, один электрон передается. Тем не менее, исследователи начали экспериментировать с другими металлами, известными как мультивалентные металлы, в которых два или более электронов переносятся для каждого иона. Более эффективный характер реакции может увеличить хранение батареи на два или три раза.

Единственная проблема - решить, какие материалы следует использовать для компонентов этих батарей.

Исследования, опубликованные в сентябре 2015 года, командой, в том числе доктором Бенджамином Морганом, из Departm

Sources：www.tdma.info