Sa pamamagitan ng pagkopya ng multilayered geometry ng mga mammalian na buto, ang mga cathode para sa mga baterya ng sodium-ion ay maaaring gawing mas matatag sa istraktura habang pinapanatili ang mataas na kapasidad at mataas na rate ng singil.
Ang mga baterya ng sodium ion ay handa na upang palitan ang mga baterya ng lithium ion para sa malakihang imbakan ng elektrikal na enerhiya. Nag-aalok sila ng maraming kalamangan kaysa sa mga baterya ng lithium-ion, lalo na dahil sa laganap na paggamit ng sodium.
Gayunpaman, mahirap mabuo ang sodium cathode, ang mga materyales kung saan maaaring makapasok ang mga electron sa baterya. Maraming mga materyal ng kandidato ang hindi matatag o hindi nakatiis ng mataas na stress.
Upang makahanap ng solusyon, ang mga mananaliksik mula sa Sungyunkwan University, ang University of Texas sa Austin at ang Brookhaven National Laboratory ay bumaling sa likas na katangian. Inilalarawan nila sa isang journal ang sodium cathode, na inspirasyon ng mga buto ng mga mammal Mga pagsusuri sa Applied Physics, mula sa AIP Publishing.
“Naniniwala kami na ang kalikasan ay nagbibigay ng isang napaka-promising solusyon sa mga teknikal na problema,” sabi ni Ho Sec Park, isa sa mga may-akda. “Alinsunod dito, sinubukan naming maghanap ng isang perpektong arkitektura na maaaring malutas ang mga kinetic at matatag na hadlang na ito.”
Ang mga istruktura ng kalansay ng mga mammal ay binubuo ng isang panloob na butas na porous canclous na nagpapahintulot sa buto ng buto na itago at maihatid, na napapaligiran ng isang matatag, siksik na buto na nagbibigay ng integridad ng mekanikal at istruktura sa ilalim ng mabibigat na karga.
Isang eskematiko na paglalarawan na nagpapakita kung paano isinalin ang istraktura ng mammalian na buto sa disenyo ng buto ng cathode ng NVP. Kredito: Kang Ho Shin, Sul Ki Park, Purit Nahaniwei, Yixiang Wang, Peng Liu, Song Ming Bak, Ming Son Choi, David Mitlin at Ho Sok Park
Kasunod sa arkitekturang arkitektura na ito, lumikha ang grupo ng isang porous system ng Na3V2 (PO4) 3 na mga istraktura, na kilala rin bilang NVP, na napapalibutan ng isang siksik na shell graphene oksido (rGO). Ang NVP ay isang materyal na sodium cathode na mabilis na naglilipat ng mga sodium ions ngunit istraktura na hindi matatag.
Ang pag-install ng buto ay tumutulong upang mapagbuti ang istruktura ng integridad ng system sa pamamagitan ng pagbawas ng permanenteng pinsala na dulot ng electrochemical at mechanical effects. Sa parehong oras, ang kumbinasyon ng NVP at rGO ay lumilikha ng isang mas kanais-nais na kapaligiran para sa mga sodium ions, pagpapahusay ng katatagan ng system. Ang baterya ay maaaring singilin sa napakataas na bilis at mapanatili ang higit sa 90% ng kapasidad nito pagkatapos ng 10,000 paglabas at recharge cycle, depende sa bilis ng pagsingil.
Sa kabila ng mga promising teknikal na pagsulong na ito, tandaan ng mga mananaliksik na ang gawain ay kasalukuyang katibayan lamang ng isang konsepto na nagpapakita ng posibilidad ng isang sodium cathode na inspirasyon ng mammalian bone. Kailangan ng karagdagang trabaho upang maipatupad ang teknolohikal na paggamit ng system.
“Para sa mas praktikal na aplikasyon, ang malakihang pagbubuo ng mataas na kalidad na buto NVP, pag-optimize ng komposisyon ng buto at istraktura ng NVP, pati na rin ang katha at pagsubok ng mga electrode na may malaking lugar at mataas na pagkarga ay kinakailangan,” sinabi ni Park.
Sanggunian: “Ang biomimetic na pinaghalong arkitektura ay nakakamit ng napakataas na bilis at posibilidad na mabuhay ang mga sodium ion cathode ng baterya” Kang Kang Ho Shin, Sul Ki Park, Puritut Nahaniwei, Isian Wang, Pengcheng Liu, Song-Ming Bak, Ming Son Choi at David Hoe Juice, December 8, 2020, Mga pagsusuri sa Applied Physics.
DOI: 10.1063 / 5.0020805