Новые нановолокна продлят жизнь солнечным батареям в космосе и обычным батарейкам на Земле

Нановолокна производятся путём контролируемого синтеза наноструктур оксида алюминия на поверхности расплава алюминия в присутствии специальных окислителей.

Нановолокна производятся путём контролируемого синтеза наноструктур оксида алюминия на поверхности расплава алюминия в присутствии специальных окислителей.
Фото ANF Development.

Нановолокна Nafen будут использованы в российском проекте по созданию защиты нового поколения для солнечных батарей космических аппаратов.

Нановолокна Nafen будут использованы в российском проекте по созданию защиты нового поколения для солнечных батарей космических аппаратов.
Фото ANF Development.

Нановолокна производятся путём контролируемого синтеза наноструктур оксида алюминия на поверхности расплава алюминия в присутствии специальных окислителей.
Нановолокна Nafen будут использованы в российском проекте по созданию защиты нового поколения для солнечных батарей космических аппаратов.
Исследователи представили уникальные наноразмерные волокна оксида алюминия, которые найдут применение во множестве сфер от космической индустрии до химической промышленности. Они будут использованы в российском проекте по созданию защиты нового поколения для солнечных батарей космических аппаратов, а также при разработке "суперживучих" аккумуляторов.

Исследователи представили уникальные наноразмерные волокна оксида алюминия диаметром всего 10-20 нанометров, которые могут прочно взаимодействовать с различными полимерными матрицами, керамическими и металлическими материалами и улучшать свойства последних.

Авторы разработки – специалисты из эстонской компании ANF Development – назвали её Nafen. По их данным, нановолокна производятся путём контролируемого синтеза наноструктур оксида алюминия (Al2O3) на поверхности расплава алюминия в присутствии специальных окислителей.

Подобные волокна в природе не встречаются и могут быть получены только искусственным способом. Ну а применение они найдут во множестве сфер: в космической индустрии, электроэнергетике, топливной промышленности, металлургии, химической промышленности, машино- и самолётостроении, производстве строительных материалов.

В частности, нановолокна Nafen будут использованы в проекте Московского государственного технического университета имени Баумана по созданию защиты нового поколения для солнечных батарей космических аппаратов.

Исследования показали, что тонкие стёкла батарей, модифицированные нановолокнами, становятся прочнее на 40% и могут длительное время выдерживать разрушительное воздействие радиации и метеопыли. Это очень важно, поскольку подобное внешнее воздействие вызывает деградационные процессы в материалах и конструкциях батарей, из-за чего теряются их энергетические мощности и уменьшается срок службы.

Поэтому учёные предлагают модифицировать стекло, используя нанокристаллический волокнистый материал нового поколения. Покрытия из такого материала будут максимально тонкими.

"Чем тоньше защитное стекло, тем меньше вес батареи в целом и энергетические потери этого источника питания. Основной проблемой применения тонких пластин является их недостаточная механическая прочность. Nafen, используемый для модификации базовых полимеров защитных покрытий, сможет повысить почти на 40% их прочность, износостойкость, огнестойкость ", — рассказал координатор проекта Алексей Третьяков.

Нановолокна Nafen будут использованы в российском проекте по созданию защиты нового поколения для солнечных батарей космических аппаратов.
Фото ANF Development.

Не меньшую роль инновационные нановолокна могут сыграть и в создании нового поколения "суперживучих" батареек.

Напомним, что сегодня наиболее популярным типом аккумуляторных батарей являются литий-ионные. Но присутствующий в них жидкий электролит токсичен, недолговечен, а порой даже становится причиной взрыва аккумулятора при зарядке.

Более безопасным и перспективным решением являются литий-полимерные аккумуляторные батареи, которые могут быть использованы в самом широком спектре устройств – от электромобилей до смартфонов. Вместо жидкого электролита в таких аккумуляторах задействован негорючий твёрдый полимерный электролит (чаще всего это полиэтиленоксид).

Однако и здесь не всё так просто: основной проблемой этих батарей является постепенная кристаллизация полимерного электролита. Из-за неё постепенно снижается ёмкость аккумулятора при циклах заряда-разряда. К тому же литий-полимерные батареи отличаются малым сроком службы и повышенными требованиями к условиям заряда аккумуляторов. Всё это затрудняет широкую коммерциализацию подобных устройств.

Команда проекта Nafen провела ряд работ и тестов и выяснила, что добавление нановолокон оксида алюминия в полиэтиленоксид препятствует процессу его кристаллизации, сохраняя полимер в проводящей форме. Таким образом нановолокна решают проблему потери ёмкости батареи при её длительном использовании.

Испытания полимерной электролитной системы, улучшенной нановолокнами оксида алюминия, в течение 300 циклов заряда-разряда показали очевидное превосходство над конкурентными решениями, отмечают учёные.

"Вполне возможно, что именно наполненные нановолокнами полимерные электролиты позволят получить требуемые эксплуатационные свойства для широкого распространения литий-полимерных аккумуляторов на рынках повседневных портативных устройств", — заключает Алексей Третьяков.

Его команда также добавляет, что технология производства нановолокон может быть легко масштабирована в зависимости от объёмов спроса на материал.

Добавим, что ранее проблему возгорания литиево-ионных батарей из-за коротких замыканий исследователи предложили решать при помощи кевларового нановолокна.

Тем временем американские учёные научились получать углеродные нановолокна буквально из воздуха.