Марс будуть досліджувати за допомогою нових батарей

Заміна графіту на кремнієві наночастинки дозволить знизити вагу акумуляторів і збільшити швидкість їх заряду.

Дослідники з Клемсонского університету (штат Південна Кароліна) розробили технологію, яка дозволить створювати більш легкі і швидко зарядні елементи живлення для марсіанських дослідницьких апаратів і супутників.

Стаття про розробку опублікована у виданні ACS Applied Materials & Interfaces. Вага батареї - важлива характеристика, коли мова йде про космічні дослідження.

"Більшість апаратів в основному отримують енергію від сонця, - говорить один з авторів роботи Рамакришна Поділа. - Але супутники повинні мати можливість накопичувати енергію до тих пір, поки вони знаходяться в тіні, що відкидається Землею. Ми повинні зробити батареї якомога легшими, тому що чим більше важить супутник, тим дорожче обійдеться його місія ».

Щоб зрозуміти, чого домоглися вчені, можна уявити графітовий анод в літій-іонної батареї як колоду карт, де кожна карта - це шар графіту, який використовується для зберігання заряду. Головна проблема тут полягає в тому, що графіт не дуже ємний і не може зберігати досить великий заряд. Дослідники вирішили виправити це, вибравши інший матеріал для анода - кремній.

Кремній володіє вищою електроємністю, однак при заряді і розряді розпадається на дрібні частинки. Щоб обійти цю перешкоду, команда вчених використовувала кремнієві наночастинки, які підвищують стабільність пристрою і забезпечують більш тривалий термін служби.

Таким чином, в новій технології замість графітової «колоди карт» використовуються вуглецеві нанотрубки, між якими розташовані кремнієві прошарки.

«Ці нанотрубки утворюють квазітрьохвимірну структуру, утримують кремнієві наночастинки разом навіть після 500 циклів і знижують електричний опір, що виникає в результаті руйнування наночастинок», - пояснює співавтор роботи Шайлендра Чілувал.

Використання елементів живлення з кремнію та інших наноматеріалів не тільки збільшує ємність, а й дозволяє заряджати акумулятори більш потужним струмом, що призводить до скорочення часу зарядки. Нова конструкція дозволяє заряджати батареї вчетверо швидше, ніж це можливо для існуючих аналогів.

Нова технологія створювалася за фінансової підтримки NASA і призначена в першу чергу для космічних досліджень з прицілом на вивчення Марса. Вдосконалені елементи живлення можна використовувати в супутниках, марсоходах і скафандрах. Крім того, в майбутньому таку технологію можна буде застосовувати і на Землі - наприклад, в електромобілях.