Αυξάνουν τη διάρκεια ζωής των μπαταριών ιόντων λιθίου και την απόδοση των ηλιακών κυψελών
Ερευνητές στο University College του Λονδίνου (UCL) και συγκεκριμένα η διεπιστημονική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Chris Howard (UCL Physics & Astronomy), δημιούργησαν κορδέλες πάχους ενός ατόμου από φώσφορο σε κράμα αρσενικού που θα μπορούσαν να βελτιώσουν δραματικά την απόδοση συσκευών όπως μπαταρίες, υπερπυκνωτές και ηλιακά κύτταρα, σύμφωνα με το oilprice.com.
Οι ερευνητές του UCL διαπίστωσαν ότι ήταν σε θέση να μεταφέρουν ηλεκτρισμό σε θερμοκρασίες άνω των -140° Κελσίου, διατηρώντας παράλληλα τις εξαιρετικά χρήσιμες ιδιότητες των κορδελών που περιέχουν μόνο φωσφόρο.
Το «θαυματουργό υλικό», που προβλέπεται να φέρει επανάσταση σε συσκευές που κυμαίνονται από μπαταρίες έως βιοϊατρικούς αισθητήρες, έχει χρησιμοποιηθεί από τότε για να αυξήσει τη διάρκεια ζωής των μπαταριών ιόντων λιθίου και την απόδοση των ηλιακών κυψελών.
Αυτό το πρωτοποριακό υλικό ανοίγει δυνατότητες για κβαντικούς υπολογιστές και ανιχνευτές κοντά στο υπέρυθρο, με πιθανές εφαρμογές σε διάφορες βιομηχανίες.
Ωστόσο, τα υλικά που περιέχουν μόνο φώσφορο δεν είναι καλοί αγωγοί ηλεκτρισμού, εμποδίζοντας τη χρήση τους για ορισμένες εφαρμογές.
Στη νέα μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Journal of the American Chemical Society, (Κατά την ανάρτηση το έγγραφο μελέτης είναι ανοιχτή πρόσβαση). -140o C, διατηρώντας παράλληλα τις εξαιρετικά χρήσιμες ιδιότητες των κορδελών που περιέχουν μόνο φωσφόρο.
Ο ανώτερος συγγραφέας Dr Adam Clancy (UCL Chemistry) δήλωσε: «Η πρώιμη πειραματική εργασία έχει ήδη δείξει την αξιοσημείωτη υπόσχεση των νανοκορδέλες φωσφόρου, που δημιουργήθηκαν για πρώτη φορά από την ομάδα μας στο UCL το 2019. Το 2021, για παράδειγμα, αποδείχθηκε ότι η προσθήκη των νανοκορδέλων ως ένα στρώμα για τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη επέτρεψε στα κύτταρα να αξιοποιήσουν περισσότερη ενέργεια από τον Ήλιο».
«Η πιο πρόσφατη δουλειά μας στην κράμα νανοταινιών φωσφόρου με αρσενικό ανοίγει περαιτέρω δυνατότητες – ειδικότερα, βελτιώνοντας την αποθήκευση ενέργειας μπαταριών και υπερπυκνωτών και βελτιώνοντας τους ανιχνευτές εγγύς υπέρυθρους που χρησιμοποιούνται στην ιατρική. Οι ταινίες αρσενικού-φωσφόρου έχουν επίσης αποδειχθεί μαγνητικές, οι οποίες πιστεύουμε ότι προέρχονται από άτομα κατά μήκος της άκρης, γεγονός που τις καθιστά δυνητικά ενδιαφέρουσες και για τους κβαντικούς υπολογιστές».
«Ευρύτερα, η μελέτη δείχνει ότι το κράμα είναι ένα ισχυρό εργαλείο για τον έλεγχο των ιδιοτήτων και συνεπώς των εφαρμογών και των δυνατοτήτων αυτής της αναπτυσσόμενης οικογένειας νανοϋλικών», πρόσθεσε. Οι ερευνητές λένε ότι η ίδια τεχνική θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή κραμάτων που συνδυάζουν φώσφορο με άλλα στοιχεία όπως ως σελήνιο ή γερμάνιο.
Για να χρησιμοποιηθούν ως υλικό ανόδου σε μπαταρίες ιόντων λιθίου ή νατρίου, οι νανοκορδέλες φωσφόρου θα πρέπει επί του παρόντος να αναμιχθούν με ένα αγώγιμο υλικό όπως ο άνθρακας. Με την προσθήκη αρσενικού, το πληρωτικό άνθρακα δεν είναι πλέον απαραίτητο και μπορεί να αφαιρεθεί, αυξάνοντας την ποσότητα ενέργειας που μπορεί να αποθηκεύσει η μπαταρία και την ταχύτητα με την οποία μπορεί να φορτιστεί και να αποφορτιστεί.
Εν τω μεταξύ, στις ηλιακές κυψέλες, οι νανοκορδέλες αρσενικού-φωσφόρου μπορούν να βελτιώσουν περαιτέρω τη ροή φορτίου μέσω των συσκευών, ενισχύοντας την απόδοση των στοιχείων.
Χαρακτηριστικά των κορδελών αρσενικού-φωσφόρου
Οι κορδέλες αρσενικού-φωσφόρου που δημιουργήθηκαν από την ερευνητική ομάδα είχαν συνήθως ύψος μερικά στρώματα, μήκος αρκετών μικρομέτρων και πλάτος δεκάδων νανόμετρων.
Κατασκευάστηκαν με ανάμειξη κρυστάλλων που σχηματίστηκαν από φύλλα φωσφόρου και αρσενικού με λίθιο διαλυμένο σε υγρή αμμωνία στους -50° C. (Μετά από 24 ώρες, η αμμωνία αφαιρείται και αντικαθίσταται με έναν οργανικό διαλύτη).
Τα ιόντα λιθίου μπορούν να ταξιδέψουν προς μία μόνο κατεύθυνση, προκαλώντας ρωγμές που δημιουργούν τις κορδέλες.
Ένα βασικό χαρακτηριστικό των νανοκορδέλων είναι η βελτίωση της κινητικότητάς τους (ένα μέτρο της ταχύτητας με την οποία κινούνται μέσα από το υλικό) που βοηθά το ηλεκτρικό ρεύμα να κινείται πιο αποτελεσματικά.
Οι νανοκορδέλες θα μπορούσαν να παραχθούν σε κλίμακα σε ένα υγρό που θα μπορούσε στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για την εφαρμογή τους σε όγκο με χαμηλό κόστος για διαφορετικές εφαρμογές.
Από την απομόνωση των δισδιάστατων φύλλων φωσφορενίου το 2014, περισσότερες από 100 θεωρητικές μελέτες είχαν προβλέψει νέες και συναρπαστικές ιδιότητες που θα μπορούσαν να προκύψουν με την παραγωγή στενών ταινιών αυτού του υλικού.
Αυτή η τεχνολογία κερδίζει κάποια αγορά και προσφέρει στους καταναλωτές ένα αξιόλογο κέρδος. Αυτό είναι πάντα ένα εξαιρετικό αποτέλεσμα. Τώρα η πρακτικότητα έχει επεκταθεί επιτρέποντας μια ευρύτερη εφαρμογή των πλεονεκτημάτων της κορδέλας.
Υπάρχει σιγουριά ότι αυτή η τεχνολογία θα συνεχίσει να επεκτείνεται και να βελτιώνεται.
www.worldenergynews.gr
