Можно ли зарядить электромобиль за 10 минут? Ученые отвечают: да
В работе, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи из Университета Колорадо, из лаборатории Анкура Гупты показали, как ионы движутся внутри сложной сети мельчайших пор.
Этот результат может привести к разработке эффективных устройств хранения энергии, таких как суперконденсаторы, говорит Гупта: «Учитывая решающую роль энергии в будущем планеты, я попробовал применить свои знания в области химической инженерии для разработки устройств хранения энергии. Мне казалось, что эта тема недостаточно изучена».
Гупта отмечает, что различные методы, которые используются для описания потока в пористых материалах, таких как устройства фильтрации воды, не нашли пока применения в системах хранения энергии.
Суперконденсаторы
Суперконденсаторы — это, устройства хранения энергии, которые основаны на накоплении ионов в порах материалов. Они заряжаются гораздо быстрее и умеют более длительный срок службы по сравнению с литий-ионными аккумуляторами.
«Основное преимущество суперконденсаторов заключается в их скорости», — говорит Гупта. «Мы задались вопросом: как нам ускорить их зарядку и процесс выдачи энергии? И ответили на него: за счет более эффективного движения ионов».
Результаты ученых несколько модифицируют закон Кирхгофа, который управляет течением тока в электрических цепях. Он был сформулирован еще в 1845 году и его изучают в средней школе. В новой работе ученые показали, что в отличие от электронов, ионы движутся как за счет электрических полей, так и за счет диффузии. Исследователи показали, что движение в местах пересечения пор отличается от движения электронов в узлах электрической цепи по закону Кирхгофа.
До нового исследования было изучено движение ионов только в одной прямой поре. В новой работе ученые описали движение ионов в сложной сети из тысяч взаимосвязанных пор. Теперь его можно смоделировать и предсказать.
Ученые показывают, как модифицируя поры, можно ускорить движение ионов, и тем самым ускорить и зарядку и раздачу энергии.
Это открытие имеет важное значение не только для хранения энергии в транспортных средствах и электронных устройствах, но и для крупных электросетей, где спрос на энергию сильно колеблется в течение суток. Здесь нужны мощные устройств накопления огромной энергии, чтобы избежать потерь в периоды малого спроса. Ученые считают, что построенная ими теория поможет создавать такие крупные хранилища энергии.