צוות החוקרים באוניברסיטת קורנל בראשות אולריך ויזנר, פרופסור ספנסר ט. אולין להנדסה במחלקה למדעי החומרים והנדסתו, מתייחס לדרישה של סוללה שיש בה פוטנציאל של טעינות מהירות ברק.
רעיון שמאחורי הטכנולוגיה הזו: "במקום שיהיו האנודה והקטודה של הסוללות משני צידי המפריד הלא מוליך, תשזרו את הרכיבים במבנה בלוטת התריס תלת-ממדי להרכבה עצמית, עם אלפי נקבוביות בקנה מידה ננו מלא ברכיבים הדרושים לאנרגיה אחסון ומסירה ”.
"זו באמת ארכיטקטורת סוללות מהפכנית", אמר ויזנר, שמאמרו של הקבוצה, "Block Copolymer Derived 3-D Interpenetrating Multifunctional Gyroidal Nanohybrid for Storage Energy Storage ", פורסם ב -16 במאי ב- Energy and Environmental Science, פרסום של החברה המלכותית. של כימיה.
"הארכיטקטורה התלת מימדית הזו בעצם מבטלת את כל ההפסדים מהנפח המת במכשיר שלך," אמר ויזנר. "חשוב מכך, כיווץ המימדים של התחומים המוחדרים הללו עד לננומטרים, כפי שעשינו, מעניק לך צפיפות כוח גבוהה יותר בסדר גודל. במילים אחרות, אתה יכול לגשת לאנרגיה בזמנים קצרים בהרבה ממה שנעשה בדרך כלל בארכיטקטורות סוללות קונבנציונליות. "
כמה זה מהר? ויזנר אמר כי בשל מימדי אלמנטים של הסוללה שהצטמצמו עד למצב הננו, "עד שתכניס את הכבל לשקע, תוך שניות, אולי אפילו מהר יותר, הסוללה תטען."
הרעיון של סוללת התלת-ממד הזו מבוסס על הרכבה עצמית של קופולימר בלוק, שאותו השתמשו במכשירים אלקטרוניים אחרים כולל תא סולארי של בלוטת התריס ומוליך-על של בלוטת התריס. המחבר הראשי של עבודה זו, יורג ורנר התנסה בממברנות סינון בהרכבה עצמית ותהה האם ניתן להחיל עיקרון זה על חומרי פחמן לאחסון אנרגיה.
סרטי הפחמן הדקיקים של בלוטת התריס - האנודה של הסוללה, שנוצרו על ידי הרכבה עצמית של קופולימר בלוק - הציגו אלפי נקבוביות תקופתיות בסדר גודל של 40 ננומטר. ציפוי נוסף של נקבוביות אלה בעובי של 10 ננומטר, אשר מבודד אלקטרונית אך מפריד מוליך יונים צופה באמצעות פולימר אלקטרו, שמטבעו של התהליך מייצר שכבת הפרדה ללא חריר. ולמעשה, פגמים אלה כמו חורים במפריד עלולים לגרום לכשל קטסטרופלי המביא לשריפות במכשירים ניידים כמו טלפונים ניידים ומחשבים ניידים.
המעבר לשלב השני, שהוא תוספת של חומר קתודה. במקרה זה, הוסף גופרית בכמות מתאימה שלא ממש ממלאת את שארית הנקבוביות. אבל גופרית יכולה לקבל אלקטרונים אך אינה מוליכה חשמל. השלב האחרון הוא מילוי חוזר עם פולימר מוליך אלקטרונית, המכונה PEDOT (פולי).
בעוד שארכיטקטורה זו מציעה הוכחה לתפיסה, אמר ויזנר, זה לא בלי אתגרים. שינויים בנפח במהלך פריקה וטעינה של הסוללה משפילים בהדרגה את אספן הטעינה של PEDOT, שאינו חווה את הרחבת הנפח שעושה הגופרית.
"כאשר הגופרית מתרחבת," אמר ויזנר, "יש לך את פיסות הפולימר הקטנות האלה שנקרעות, ואז הוא לא מתחבר מחדש כשהוא מתכווץ שוב. המשמעות היא שיש חלקים מסוללת התלת מימד שלא תוכל לגשת אליהם. "
הצוות עדיין מנסה לשכלל את הטכניקה אך הגיש בקשה להגנת המטופל בעבודת הוכחת הרעיון. העבודה נתמכה על ידי מרכז חומרי האנרגיה ב- CORNELL ובמימון משרד האנרגיה האמריקני וכן הקרן הלאומית למדע.