Авторы исследования из Индийского технологического института в Хайдарабаде, Индия, говорят, что их открытие открывает возможности для использования углерода в более мощных батареях, снижая стоимость портативной энергии.Литий-ионные аккумуляторы питают многие устройства, от смартфонов и цифровых фотоаппаратов до автомобилей и даже самолетов. Батареи работают за счет двух электрически заряженных материалов, взвешенных в жидкости, чтобы произвести ток. Углерод используется в качестве одного из этих материалов в батареях меньшего размера, но для более крупных и мощных батарей, таких как те, которые используются в электромобилях, углерод не подходит из-за своей структуры, которая не может производить требуемую плотность тока.
В новом исследовании д-р Чандра Шарма и д-р Манохар Какунури обнаружили, что из-за формы и конфигурации крошечных углеродных наночастиц углерод в сажи свечи подходит для использования в батареях большего размера. Более того, поскольку сажу можно производить быстро и легко, это масштабируемый подход к производству батарей.
«Если вы поместите каплю воды на сажу от свечи, она скатится — это наблюдение, которое было сделано в последние несколько лет. Материал, из которого изготовлена сажа от свечи, — углерод, также обладает электрическим потенциалом. Так почему бы не использовать его в качестве электрода ? " — спросил доктор Шарма, автор исследования из Индийского технологического института. «Мы изучили его и увидели, что он также демонстрирует некоторые исключительные электрохимические свойства, поэтому мы решили проверить его дальше».
Когда горит свеча, из нее выделяются облака черной сажи из углерода. Исследователи изучили сажу, собранную с кончика пламени свечи и из середины пламени, и сравнили размер, форму и структуру углерода.
Результаты показали, что в процессе горения образуются наночастицы углерода размером 30-40 нанометров, которые объединяются во взаимосвязанную сеть. Они также обнаружили, что сажа, извлеченная из кончика пламени свечи, которая горит при 1400 ° C, содержит меньше примесей, таких как воск, что делает ее более эффективной в качестве электрического проводника.
Затем исследователи проанализировали эффективность сажи как проводящего материала для батареи. Эффективность батарей и материалов, используемых в батареях, можно проверить с помощью метода, называемого циклической зарядкой-разрядкой (CCD).
Скорость заряда / разряда отражает мощность аккумулятора; чем выше скорость, тем мощнее аккумулятор; Результаты показали, что уголь для сажи из свечей лучше всего работает при более высоких показателях.Форма и размер углеродных наночастиц, а также способ их соединения означает, что свечная сажа является подходящим материалом для использования в аккумуляторах электромобилей. Эта технология не только эффективна и рентабельна, но и масштабируема.
По оценке доктора Шарма, для одного гибридного автомобиля потребуется десять килограммов углеродной сажи, которая будет осаждена примерно за час с помощью свечей.«Обычно мы упускаем из виду более простые вещи; свечная сажа — не новость, но мы только сейчас рассматриваем ее как потенциальный источник углерода», — сказал д-р Шарма. «Мы очень довольны результатами.
Этот новый подход очень прост и требует минимальных затрат — он удешевит производство аккумуляторов».Теперь исследователи планируют разработать батарею для свечной сажи для дальнейшего тестирования технологии.
Они также планируют протестировать гибридные материалы, содержащие сажу от свечей, чтобы увидеть, смогут ли они сделать ее еще лучшим материалом для батарей.