หากคุณกำลังอ่านข้อความนี้โดยใช้อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ มีโอกาสเป็นไปได้ที่แบตเตอรี่ดังกล่าวจะเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อิงตามเคมีของอินเตอร์คาเลชัน แต่ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับพาวเวอร์แบงค์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้น การค้นหาทางเลือกอื่นๆ“การสอดแทรกของไอออนบวกเข้าไปในโครงสร้าง (พร้อมกับอิเล็กตรอนที่เก็บไว้)
ไม่ได้เปลี่ยนโครงสร้างมากนัก
การชาร์จและการคายประจุเป็นเหมือนการขับรถเข้าและออกจากโรงจอดรถ โดยที่โครงสร้างยังคงไม่บุบสลาย” ลินดา นาซาร์ศาสตราจารย์ในภาควิชาเคมีแห่งมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูในแคนาดา อธิบาย “แต่ถ้าคุณพยายามขับรถยนต์มากเกินไป คุณจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างไม่ได้” นอกเหนือจากข้อจำกัดพื้นฐานนี้ในด้านความจุในการจัดเก็บพลังงานแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังใช้โลหะ เช่น โคบอลต์ ซึ่งมีต้นทุนเพิ่มขึ้นและในกรณีที่การขุดแบบยั่งยืนเป็นปัญหา
การผลักดันไปสู่ทางเลือกอื่นนอกเหนือจากเคมีการแทรกสอดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้นำไปสู่ความสนใจที่เพิ่มขึ้นในแบตเตอรี่ลิเธียมออกซิเจน ซึ่งจะชาร์จและคายประจุโดยการเปลี่ยนลิเธียมและออกซิเจนให้เป็นโลหะออกไซด์และกลับมาเป็นโลหะอีกครั้ง อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาข้างเคียงจากปรสิตได้รบกวนความพยายามในการเพิ่มประสิทธิภาพและความสามารถในการย้อนกลับของปฏิกิริยานี้ให้ได้สูงสุดเป็นเวลาหลายปี
หลังจากทำงานเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมออกซิเจนมาหลายปี กลุ่มของ Nazar ได้ข้อสรุปว่าตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้สำหรับอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ไม่สามารถใช้งานได้ ทีมงานของเธอใช้อิเล็กโทรไลต์แบบผสมสารอนินทรีย์บางตัวที่ทำงานที่อุณหภูมิ 150 °C และตัวเร่งปฏิกิริยาแบบสองฟังก์ชัน ทีมงานของเธอสามารถสาธิตการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมออกซิเจนแบบย้อนกลับที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงด้วยประสิทธิภาพคูลอมบิกเกือบ 100% ที่ทำงานด้วยแบตเตอรี่สี่ก้อน ปฏิกิริยาอิเลคตรอนรีดอกซ์
เคมีมาคู่กัน การออกแบบก่อนหน้านี้
ของแบตเตอรี่ลิเธียม-ออกซิเจนส่วนใหญ่ใช้อิเล็กโทรดคาร์บอนและอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ และเกิดเป็นลิเธียมเปอร์ออกไซด์ (Li 2 O 2 ) ในการคายประจุ แทนที่จะใช้ Nazar และทีมของเธอใช้แคโทดคอมโพสิตที่ไม่ใช่คาร์บอนซึ่งประกอบด้วยอนุภาคนาโนนิกเกิลสำหรับแคโทดและเกลือหลอมเหลวของยูเทคติกลิเธียมไนเตรต/โพแทสเซียมไนเตรต (LiNO 3 /KNO 3 ) เป็นอิเล็กโทรไลต์เหลว
อิเล็กโทรไลต์เกลือหลอมเหลวมีคุณสมบัติสำคัญหลายประการ การลดลงของออกซิเจนทำให้เกิดปฏิกิริยาซูเปอร์ออกไซด์ซึ่งมีหน้าที่หลักสำหรับปฏิกิริยาข้างเคียงของปรสิตที่กระทบต่อการย้อนกลับและประสิทธิภาพของเซลล์ อย่างไรก็ตาม ในการออกแบบของกลุ่ม Nazar อนุภาคนาโนของนิกเกิลที่แคโทดเคลือบด้วย Li x NiO 2 ในแหล่งกำเนิดและ Li x NiO 2นี้เร่งปฏิกิริยาการแปลงอิเล็กตรอนสี่ตัวของออกซิเจนเป็นลิเธียมออกไซด์ (Li 2 O) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ย้อนกลับด้วยประจุด้วย ความช่วยเหลือของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า ลดการเกิดออกซิเดชันของ Li 2 O ยังเพิ่มการจัดเก็บอิเล็กตรอนเป็นสองเท่า เพิ่มความหนาแน่นพลังงานของเซลล์ 50% เมื่อเทียบกับเปอร์ออกไซด์
นอกจากนี้ อิเล็กโทรไลต์ยังให้ความสามารถในการละลายที่เหมาะสมสำหรับไอออน ซึ่งเพียงพอสำหรับผลึก Li 2 O ที่จะเกิดนิวเคลียสที่อิเล็กโทรด แต่ไม่มากจนสะสมทั่วเซลล์และสูญเสียการสัมผัสกับอิเล็กโทรด“เคมีนี้มีหลายแง่มุมที่ต้องร่วมมือกันเพื่อให้เกิดผล” นาซาร์กล่าว “แม้ว่าฉันจะไม่พูดว่าฉันรู้สึกประหลาดใจที่มันได้ผล ฉันก็พอใจ – มีความยุ่งยากมากมายในสนาม ดังนั้นจึงเป็นเรื่องดีที่เห็นว่าเคมีออกซิเจนสามารถทำงานได้ดี”
ไนโอเบียมทังสเตนออกไซด์ช่วยให้แบตเตอรี่ชาร์จเร็วขึ้น
แรงบันดาลใจหลอมเหลวNazar ชี้ไปที่วรรณกรรมมากมายเกี่ยวกับคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการวิวัฒนาการของออกซิเจนที่ดีและตัวเร่งปฏิกิริยาการลดลง รวมถึงบทความหลายชิ้นโดยYong Shao Hornที่ MIT อย่างไรก็ตาม เธอเชื่อว่าความสำเร็จของการออกแบบแบตเตอรี่ส่วนใหญ่มาจากแรงบันดาลใจจากงานก่อนหน้าที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับเคมีไฟฟ้าออกซิเจนในเกลือที่หลอมเหลวโดย Liox Power และเพื่อนร่วมงานที่ Caltech และ Berkeley ซึ่งใช้แคโทดคาร์บอน และความดื้อรั้นของ postdoc Chun Xia ของเธอในการพยายามสร้าง งาน. การค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไบฟังก์ชัน/แคโทดโลหะเป็นกุญแจสำคัญ
แม้ว่าอุณหภูมิในการทำงานที่สูงขึ้นของแบตเตอรี่อาจจำกัดการใช้งาน แต่ก็มีตัวอย่างแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิงประเภทอื่นๆ ที่มีอุณหภูมิการทำงานสูงกว่าซึ่งมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์แล้ว อย่างไรก็ตาม Nazar บอก กับ Physics World ว่า “สำหรับเรา ผลกระทบหลักคือการแสดงให้เห็นว่าเคมีลิเธียมออกซิเจนสามารถย้อนกลับได้” งานในอนาคตจะเน้นที่การปรับปรุงด้านไฟฟ้าเคมี
รายละเอียดทั้งหมดมีอยู่ในScience สู่นั่งร้านที่แข็งแกร่งขึ้นจนถึงขณะนี้ Gelinsky อธิบายว่าวัสดุนั่งร้านเพียงชนิดเดียวที่ประสบความสำเร็จในการใช้งานการพิมพ์ทางชีวภาพคือพอลิเมอร์เทอร์โมพลาสติก (เช่น PCL/polycaprolactone) หรือไฮโดรเจลชีวภาพที่มีความเข้มข้นสูง “ซอฟเจลที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการพิมพ์เซลล์นั้นอ่อนแอเกินไปสำหรับโครงสร้างการพิมพ์สำหรับเนื้อเยื่อเช่นกระดูก” เขากล่าว “และเนื่องจากกระดูกเป็นเนื้อเยื่อที่มีแร่ธาตุ (น้ำหนักมากกว่าครึ่งหนึ่งของมวลโดยปริมาตรประกอบด้วยแร่แคลเซียมฟอสเฟตไฮดรอกซีอะพาไทต์) โพลีเมอร์เช่น PCL ก็ไม่สามารถทดแทนได้ดีเช่นกัน”
ทีมงานของ Gelinsky ได้ปรับกระบวนการสร้างโครงนั่งร้าน CPC โดยใช้การวางแผน 3 มิติแล้ว พวกเขาได้ศึกษาวิธีที่วาง CPC แข็งตัวหลังจากการอัดขึ้นรูป และพบว่าการตั้งค่าล่วงหน้าในสภาพแวดล้อมที่ชื้นเป็นเวลาสามวันจะช่วยป้องกันการก่อตัวของรอยแตกขนาดเล็กที่ทำให้ความแข็งแรงของโครงพิมพ์ลดลง “ในงานก่อนหน้านี้ เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่าเราสามารถพิมพ์ CPC ร่วมกับไฮโดรเจลที่มีแอลจิเนตแบบไม่มีเซลล์ได้” เจลินสกี้กล่าวต่อ “ดังนั้นจึงค่อนข้างง่ายสำหรับเราที่จะก้าวไปอีกขั้นและร่วมพิมพ์ CPC ด้วยหมึกชีวภาพที่มีอัลจิเนตซึ่งเต็มไปด้วยเซลล์ของมนุษย์ที่มีชีวิต”
ความท้าทายสำหรับ Gelinsky และทีมของเขาคือการหาระบบการประดิษฐ์ที่จะช่วยให้เซลล์ที่มีชีวิตสามารถอยู่รอดได้ในกระบวนการตั้งค่า งานแรกของพวกเขาคือการร่วมพิมพ์ CPC ด้วย bioink ที่เต็มไปด้วยเซลล์ stroma mesenchymal ของมนุษย์ ซึ่งพวกเขาทำกับเครื่องพิมพ์การอัดรีดสามช่องที่สลับการพิมพ์ระหว่าง CPC และ bioink สิ่งนี้จะสร้างโครงแบบ biphasic ที่มีโครงสร้างรูพรุนแบบเปิด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้แน่ใจว่าออกซิเจนและสารอาหารจะสามารถเข้าถึงเซลล์และปล่อยให้พวกมันเติบโตได้
อย่างไรก็ตาม การตั้ง CPC ในสภาพแวดล้อมที่ชื้นเป็นเวลาสามวันจะทำให้เซลล์ตาย ดังนั้นนักวิจัยจึงทดสอบผลกระทบของการลดเวลาการตั้งค่าทั้งการก่อตัวของรอยแตกขนาดเล็กและความมีชีวิตของเซลล์ พวกเขาพบว่าระยะเวลาการตั้งค่า 20 นาทีในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงนั้นนานพอที่จะสร้างโครงที่แข็งแรงทางกลไก ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้เซลล์ที่มีชีวิตเกือบทั้งหมดสามารถอยู่รอดได้( Biofabrication 10 045002 )
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >> ป๊อกเด้งออนไลน์
