Zamislite da bi se vaš mrtvi laptop ili telefon mogao napuniti za minut ili ako bi električni automobil mogao biti potpuno napajan za 10 minuta.
Iako još nije moguće, novo istraživanje tima naučnika CU Bouldera moglo bi potencijalno dovesti do takvog napretka.
Objavljeno danas u Proceedings of the National Academi of Sciences, istraživači u laboratoriji Ankura Gupte otkrili su kako se sitne naelektrisane čestice, nazvane joni, kreću unutar složene mreže sitnih pora. Proboj bi mogao dovesti do razvoja efikasnijih uređaja za skladištenje energije, kao što su superkondenzatori, rekao je Gupta, docent hemijskog i biološkog inženjerstva.
„S obzirom na kritičnu ulogu energije u budućnosti planete, osećao sam se inspirisanim da primenim svoje znanje hemijskog inženjerstva na unapređenju uređaja za skladištenje energije“, rekao je Gupta. „Činilo se kao da je ta tema donekle nedovoljno istražena i, kao takva, savršena prilika.
Gupta je objasnio da se nekoliko tehnika hemijskog inženjerstva koristi za proučavanje protoka u poroznim materijalima kao što su rezervoari nafte i filtracija vode, ali one nisu u potpunosti iskorišćene u nekim sistemima za skladištenje energije.
Ovo otkriće je značajno ne samo za skladištenje energije u vozilima i elektronskim uređajima, već i za električne mreže, gde promenljiva potražnja za energijom zahteva efikasno skladištenje kako bi se izbeglo rasipanje tokom perioda niske potražnje i obezbedilo brzo snabdevanje tokom velike potražnje.
Superkondenzatori, uređaji za skladištenje energije koji se oslanjaju na akumulaciju jona u svojim porama, imaju brzo vreme punjenja i duži životni vek u poređenju sa baterijama.
„Primarna privlačnost superkondenzatora leži u njihovoj brzini“, rekao je Gupta. „Pa kako možemo da ubrzamo njihovo punjenje i oslobađanje energije? Efikasnijim kretanjem jona.“
Njihovi nalazi modifikuju Kirhofov zakon, koji upravlja strujnim tokom u električnim kolima od 1845. godine i koji je osnovni element na časovima prirodnih nauka srednjoškolaca. Za razliku od elektrona, joni se kreću i zbog električnih polja i zbog difuzije, a istraživači su utvrdili da se njihova kretanja na presecima pora razlikuju od onoga što je opisano u Kirhofovom zakonu.
Pre studije, kretanje jona je opisano u literaturi samo u jednoj pravoj poru. Kroz ovo istraživanje, kretanje jona u složenoj mreži hiljada međusobno povezanih pora može se simulirati i predvideti za nekoliko minuta.
„To je skok posla“, rekao je Gupta. „Pronašli smo kariku koja nedostaje.“
