Nano-Kemisk-Elektrisk-Mekaniska System och EnergiApplikationer

Professorn Markerar A. Shannon, Direktören, U.S.-National Science FoundationVetenskap, och Teknologi Centrerar för Avancerade Material för Purificationen av Bevattnar med System (WaterCAMPWS); Mikro-Nano-Mekaniskt System (MNMS)Laboratorium; Avdelning av Mekaniskt Vetenskap och Iscensätta; Universitetar av Illinois på Urbana-Champaign
Motsvarande författare: mshannon@illinois.edu

Sökanden är för kick driver på, och energitäthet driver källor på någonsin mindre storleksanpassar för applikationer som spänner från, på-gå i flisor avkännare till den insertable pharma-leveransen till att flyga microrobots till mer mundane applikationer som driver PDAs och datorer. Hitintills har batterier drivit mest alla liten-storleksanpassade apparater som levererar mikro-Watt till hundra Watt som behövda. Men alla önskar att deras apparater ska köra longer, och med mer särdrag i mindre paketerar, som hjälpmedlet för samma storleksanpassar att mer energi behöver att lagras (energitätheten bestämmer hur long de kör) och klassa, att energin kan levereras (driver) behöver att vara högre.

I en grym vridning av ironi för batterier som drivaattraktionförhöjningarna göras minskningarna för energitäthet, så en försiktig tradeoff between driver och energi med batteriet - drev apparater. Nanotechnology är ökande båda driva, och energi som är kommande från, driver källor, vid bättre bruk för danande av energikällor (liksom lithiumjonen i batterier), och kanske huvudsakligen, genom att låta som är nytt, tankar för att användas som har naturligt tätheter för högre energi.

Bordlägga shows 1, energi somtäthet per enhet samlas, och volym för olikt tankar, eller energikällor. Notera att mest tankar har en beställa av storlek mer energitäthet, än lithiumjonen, som är nu det första batteriet, tankar.

Stundnanotechnology är bättre anoder för van vid tankeskapelse, och katoder för batterier för lithiumjon, de potentiella redoxna har inte så mycket tillgänglig energi, som annan tankar. Problemet är, att, batterier för stundlithiumjon (och zinc lufta) kan faktiskt leverera energin på det små fjäll, den annan högre tätheten tankar fortfarande robustt och effektiv väg för behov att konvertera den energi för att driva.

Det är inte given att dessa tankar kan leverera driver på det mycket små fjäll, eller att de kan överskrida kapaciteten av batterier för lithiumjonen. Kan nanotechnologymeetändringar in driva spänner, levererar energitätheter som är mer stor än entimme/liter, fungerar över lång räcka av omgivande villkorar (pressar temperaturen, och fuktighet), så att potentiell högre energi tankar kan realistiskt användas?

Tanka celler har ofta försökts prackaa på människor, som en nästa generation driver källan, som kan leverera både kick driver, och energitäthet (i delen, därför att de inte måste att bära oxidizeren ombord som använder syret lufta in,). Emellertid tankar microscalen celler är åtföljd med problem. I Motsats Till batterier som bär båda redoxpersoner som reagerar, vars produkter återstod inom batteriet, och som inte behöver ancillary apparater (räddningen för behållaren och elektroderna), tankar cellbehov hjälpmedel för att leverera tanka, syre, evakuerar produkterna och kontrollerar den jämna alltigenom för hydration apparaten.

Tanka celler behöver också hjälpmedel som kontrollerar tanka, och syreleveransen med ändringar i elektriska laddar, som använder ofta utarbetadt mekaniskt, och elektriskt kontrollera system. Därför är det svårt för många tankar celler för att behandla enorma ändringar laddar in. De huvudsakliga problemen för microscale tankar celler, var därför hur man levererar tankar med kickenergitäthet, utan att använda stora ancillary system som konsumera viktiga belopp av driver, och för att tankacellen ska reagera till stora ändringar i elektriskt ladda, i varierande omgivande temperaturer och fuktigheter.

Trots mikro-tankar har dessa utmaningar, membran för proton (PEM)utbyte celler nu nett mer mindre än 10 microliters i sammanlagd volym1, som visat in Figurera 1, däribland tanka, PEM, och ancillary system, med ögonblickligt maximalt driver täthet av 360 W/l och en energitäthet över 250 W•,hr/l, och är hövdade till ögonblickligt driver täthet higher än 1000 W/l och en energitäthet ovanför 500 W•,hr/l.

Figurera 1. En färdig nanoenabled nanoliter 10 tankar cellen.

Dessa tankar celler som körningen belägger med metall på hydrides och har ett dynamiskt att spänna av över tre beställer av storlek av funktionen från (stödja-statliga) mikro-Watt till (stödja-statliga) milliwatt, med 10 ögonblickliga maximalt för mW driver. Nanostructured belägger med metall ska hydrides reagerar med bevattnar nästan ögonblickligen i några bildar till jordbruksproduktervätet gasar, som levererar tankacellen med dess kickenergitäthet2,3,4.

Emellertid, för att uppnå detta dynamiskt spänna, energi, och driver tätheter, membranelektrodenheten, som bestås av av nanoporemembran (som in visas, Figurera 2), nanocatalysts och strömcollecctors, och en mekanisk nanoliter kontrollerar systemet som alla måste att planläggas, och optimerat för att maximera tanka lagring, utan att använda som är parasitic, driver5,6.

Figurera 2. Tecknad film av PEMEN på vänster sida och en SEM 2000 avbildar av nanoporesna inom silikonerna på rätsidan. Nanoporesna functionalizeds med sulfonategrupper för att låta hydration med bevattnar med deprotonated väggar för att förhöja protontransport inom porna.

På så sätt kan nano-kemisk-elektrisk-mekaniska system hjälpa att stenlägga en ny bana in mot kickenergi och att driva täthetkällor för en lång räcka av strömmen, och mest dyka upp spännande applikationer, som skulle för att inte vara möjligheten utan nytt, driver källor.


Hänvisar till

1. Moghaddam S., E. Pengwang, K.Y. Lin, R.I. Masel, M.A. Shannon, ”Millimeter-Fjäll Tankar Cellen med Ombord Tankar, och Passivummen Kontrollerar Systemet,” Förar Journal över av den Microelectromechanical System17:6, 1388-1395, 2008.
2. Zhu, L., D. Kim, H. Kim, R.I. Masel och M.A. Shannon, ”VäteUtvecklingen från Hydrides i MillimeterFjällReaktorer för MikroMembran för ProtonUtbyte Tankar CellApplikationer,” Förar Journal över av Driver Käll185:2, 1334-1339, 2008.
3. Zhu, L., K.Y. Lin, R.D. Morgan, V.V. Swaminathan, H.S. Kim, B. Gurau, D. Kim, B. Bae, R.I. Masel och M.A. Shannon, ”Integrerade Mikro-Driver Källan som Baserades på enSilikon, Tankar Cellen, en MEMS-VäteGenerator,” Förar Journal över av Driver Käll185:2, 1305-1310, 2008.
4. Zhu L; V. Swaminathan; B. Gurau; R.I. Masel; och M.A. Shannon, ”En Onboard VäteUtvecklingsMetod som Baseras på Hydrides och, Bevattnar Återställningen för Mikro-Tankar Celler,” Förar Journal över av Driver Källor 192, 556-561, 2009.
5. Moghaddam, S., E. Pengwang, R.I. Masel och M.A. Shannon, ”EnReglerande VäteGenerator för Micro Tankar Celler,” Förar Journal över av Power 2008) 185:1 för Källor (, 445-450, 2008.
6. Moghaddam S.; E. Pengwang, Y-B. Jiang A.R. Garcia, D.J. Burnett, J. Brinker, R.I. Masel Och M.A. Shannon, ”Nanoengineering ett Membran för Nästa GenerationProtonUtbyte för Fuel Celler,” NaturNanotechnology (under granska 2009).

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professor Markerar A. Shannon, (Universitetar av Illinois på Urbana-Champaign)

Date Added: Dec 20, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:46

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit