Элементом скафандров могут стать батареи из кремния
О потенциале кремния в литий-ионных батареях известно уже давно. Использование этого материала вместо графита может увеличить емкость батарей в целых 10 раз. Однако существует несколько проблем с его применением.
Кремний не обладает такой же прочностью, как графит. Когда батарея заряжается и разряжается, кремний распадается на мелкие кусочки. Это приводит к износу анода (положительный электрод) и выходу из строя батареи.
Команда ученых из Клемсонского университета решила эту проблему с помощью слоев углеродных нанотрубок Buckypaper. Исследователи соединили их с наночастицами кремния, создав структуру похожую на колоду карт, когда межу каждым слоем Buckypaper зажаты частицы кремния. Авторы работы говорят, что образованная структура удерживает наночастицы кремния вместе даже после 500 циклов и уменьшает электрическое сопротивление, возникающее при разрушении наночастиц.
Если говорить проще, то суть этого метода в том, что даже если зарядка и разрядка батареи заставляют частицы кремния распадаться, они остаются запертыми внутри «сэндвича» из слоев Buckypaper и поэтому способны дальше выполнять свои функции. Такая структура позволяет батарее иметь большую емкость при меньшем весе. И это еще не все! Команда отмечает, что их метод имеет еще один бонус. Использование нанотрубок создает буферный механизм, который позволяет заряжать батареи со скоростью в четыре раза выше текущей.
Такие легкие и быстро заряжающиеся батареи большой емкости могут найти множество применений. Однако авторы работы заостряют внимание на космической сфере и видят потенциал для создания специальных скафандров и спутников.
«Большинство спутников в основном получают энергию от Солнца», — говорит автор исследования Рамакришна Подила. «Но аппараты должны быть способны накапливать энергию, когда они находятся в тени Земли. Мы должны сделать батареи как можно более легкими, потому что чем больше весит спутник, тем больше стоит его создание и запуск».