Аккумуляторы или аккумуляторы являются самыми ранними формами хранения электричества и широко используются. Электрическая энергия накапливается в батареях в химической форме. Прогресс в области аккумуляторных технологий идет медленно, а перенос лабораторных результатов в коммерческие применения порой неясен.
Среди новых аккумуляторных технологий только литий-ионные и никель-металлогидридные батареи достигли заметного проникновения на рынок за последние 10 лет.
Рынок аккумуляторов, особенно аккумуляторов, процветает. В Европе доход в 1999 году составил почти 3 миллиарда евро, а в 2006 году ожидается более 4,6 миллиарда евро. Это включает в себя мобильные приложения, такие как мобильные телефоны и Walkman, а также домашний или даже деревенский источник питания в удаленных районах и в системах резервного копирования на случай отказа сети.
Рано или поздно, потребность в перезаряжаемых батареях будет еще более важной наряду с производством возобновляемой электроэнергии с использованием таких продуктов, как солнечные фотоэлектрические.
Аккумуляторы и их свойства
Аккумуляторы должны быть небольшими, безопасными, легкими и экологически чистыми. Они должны обеспечивать высокое напряжение более 1000 циклов разрядки-перезарядки. В течение многих лет разработки в области аккумуляторных батарей вяло развивались от свинцово-кислотных до никель-кадмиевых материалов. Однако за последние 10 лет три материала для аккумуляторов значительно продвинулись в этой области.
Тем не менее, рабочие характеристики материалов батареи все еще не соответствуют потребностям в мощности, предъявляемым к ним такими приложениями, как связь 3G. Аккумуляторные материалы будут существенным фактором для прогресса в поставке энергии, и нанотехнологии уже были признаны в качестве стимула в этой области.
Высокая плотность энергии и гибкость конструкции батарей
Вследствие высокой плотности энергии и универсальности конструкции литиевые батареи в настоящее время опережают другие системы и составляют 63% международных продаж портативных батарей. Кроме того, литий является наиболее электроположительным и самым легким металлом. Поскольку металлический литий не может быть использован из-за технических проблем с ярлыками, литий объединяется с графитом.
Два типа аккумуляторов
Существует в основном два типа аккумуляторных батарей, в которых применяются наноструктурные материалы, и они находятся в центре внимания исследователей. Первый и наиболее прогрессивный тип — это литиевые батареи, например, на литий-ионных батареях. Другой тип основан на углеродных нанотрубках или гидридах металлов, где водород является химическим энергоносителем.
Нанокристаллические материалы и нанотрубки
Было показано, что нанокристаллические материалы и нанотрубки значительно увеличивают плотность мощности, скорости заряда / разряда и срок службы. Нанотрубки используются для замены стандартного графита на литий-графитовые электроды.
Благодаря наноструктуре и соответствующей большой площади поверхности, нанотрубки могут содержать больше лития, чем графита. С помощью открытых одностенных нанотрубок в лаборатории удалось достичь емкости до 640 Ач / кг.
Аккумуляторы-прототипы с использованием наночастиц
Также были созданы прототипы батарей на основе наночастиц, которые обеспечивают 10-кратную скорость заряда и разряда (при этом иногда предлагается 100-кратное предложение) традиционных аккумуляторных батарей. Некоторое повышение емкости батареи на единицу объема (удельной энергии) также было обеспечено с использованием наноструктурированных материалов, но не в значительной степени.