कॉर्नेल विश्वविद्यालय में शोधकर्ता टीम के नेतृत्व में उलरिच विएस्नेर, सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग, पते एक बैटरी जो बिजली की तेज़ी से शुल्क की क्षमता है की मांग विभाग में इंजीनियरिंग स्पेंसर टी ओलिन प्रोफेसर।
इस तकनीक के पीछे आइडिया: "एक गैर-संवाहक विभाजक के दोनों ओर बैटरियों के एनोड और कैथोड होने के बजाय, ऊर्जा के लिए आवश्यक घटकों से भरे हजारों नैनोस्केल कोरों के साथ सेल्फ-असेम्बलिंग, 3 डी गायरोइडल संरचना में घटकों को आपस में जोड़ें। भंडारण और वितरण ”।
"यह वास्तव में एक क्रांतिकारी बैटरी वास्तुकला है," कहा विएस्नेर, जिसका समूह के कागज, "ब्लॉक Copolymer विद्युत ऊर्जा के लिए 3 डी interpenetrating बहुकार्यात्मक Gyroidal Nanohybrid व्युत्पन्न भंडारण," ऊर्जा और पर्यावरण विज्ञान, रॉयल सोसाइटी के प्रकाशन 16 मई प्रकाशित किया गया था रसायन शास्त्र के।
"यह तीन आयामी वास्तुकला मूल रूप से आपके डिवाइस में मृत मात्रा से सभी नुकसानों को समाप्त करता है," वेसनर ने कहा। "अधिक महत्वपूर्ण बात, इन इंटरपेंज़ेटिड डोमेन के आयामों को नैनोस्केल तक नीचे सिकोड़ना, जैसा कि हमने किया था, आपको उच्च शक्ति घनत्व के आदेश देता है। दूसरे शब्दों में, आप पारंपरिक बैटरी आर्किटेक्चर के साथ आमतौर पर किए गए कार्यों की तुलना में बहुत कम समय में ऊर्जा का उपयोग कर सकते हैं। "
कितना तेज है? वेसनर ने कहा कि, बैटरी के तत्वों के आयामों को नैनोस्केल तक सिकुड़ जाने के कारण, "जब तक आप अपनी केबल को सॉकेट में डालते हैं, सेकंड में, शायद इससे भी तेज, बैटरी चार्ज हो जाएगी।"
इस 3 डी-बैटरी की अवधारणा ब्लॉक कोपोलिमर स्व-असेंबली पर आधारित है, जो वे अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में नियोजित करते थे, इसमें एक जीरोइडल सोलर सेल और एक जीरोइडल सुपरकंडक्टर शामिल हैं । इस काम के प्रमुख लेखक, जोर्ज वर्नर ने स्वयं-संयोजन निस्पंदन झिल्ली के साथ प्रयोग किया और आश्चर्य किया कि क्या ऊर्जा भंडारण के लिए उस सिद्धांत को कार्बन सामग्री पर लागू किया जा सकता है।
कार्बन की गायरोइडल पतली फिल्में - बैटरी एनोड, ब्लॉक कोपोलिमर स्व-असेंबली द्वारा उत्पन्न - 40 नैनोमीटर चौड़ा के आदेश पर हजारों आवधिक छिद्रों को चित्रित किया। आगे इन छिद्रों को 10 नैनोमीटर-मोटी के साथ छिद्रित किया जाता है, जो इलेक्ट्रॉनिक रूप से अछूता रहता है, लेकिन आयन-संचालक विभाजक को इलेक्ट्रो-पॉलीमराइज़ेशन के माध्यम से लेपित किया जाता है, जो कि प्रक्रिया की बहुत ही प्रकृति से एक पिनहोल-मुक्त पृथक्करण परत का निर्माण करता है। और, इन विभाजकों में छेद जैसे दोषों से मोबाइल फोन और लैपटॉप जैसे मोबाइल उपकरणों में आग लगने से भयावह विफलता हो सकती है।
दूसरे चरण के लिए कदम, जो कैथोड सामग्री का एक अतिरिक्त है। इस स्थिति में, एक उचित मात्रा में सल्फर जोड़ें जो छिद्रों के शेष भाग को नहीं भरता है। लेकिन, सल्फर इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार कर सकता है लेकिन बिजली का संचालन नहीं करता है। अंतिम चरण इलेक्ट्रॉनिक रूप से संचालित बहुलक के साथ बैकफ़िलिंग करना है, जिसे PEDOT (पाली) के रूप में जाना जाता है।
जबकि यह वास्तुकला अवधारणा का प्रमाण प्रस्तुत करता है, Wiesner ने कहा, यह चुनौतियों के बिना नहीं है। बैटरी को डिस्चार्ज करने और चार्ज करने के दौरान वॉल्यूम परिवर्तन धीरे-धीरे PEDOT चार्ज कलेक्टर को नीचा दिखाते हैं, जो कि सल्फर के वॉल्यूम विस्तार का अनुभव नहीं करता है।
"जब सल्फर फैलता है," वेस्नर ने कहा, "आपके पास बहुलक के ये छोटे बिट्स हैं जो अलग हो जाते हैं, और जब यह फिर से सिकुड़ता है, तो इसे फिर से कनेक्ट नहीं करता है। इसका मतलब है कि 3 डी बैटरी के टुकड़े हैं जिन्हें आप तब एक्सेस नहीं कर सकते। ”
टीम अभी भी तकनीक को सही करने की कोशिश कर रही है लेकिन प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट के काम पर मरीज की सुरक्षा के लिए आवेदन किया गया है। काम को कॉर्नेल में ऊर्जा सामग्री केंद्र द्वारा समर्थित किया गया था और अमेरिकी ऊर्जा विभाग के साथ-साथ राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित किया गया था।