ластях сучасних науки і техніки.
Розробка нових В«розумнихВ» поколінь ХІТ заснована на тому, що властивості ультрадисперсних частинок в существеннейшей ступеня змінюються в порівнянні з об'ємним тілом. І причина цього не тільки в доступності поверхні і полегшенні дифузійних потоків, а й у зміні концентрації дефектів, а головне - в різноманітних В«розмірних ефекти В», які пов'язані з тим, що розмір частки стає менше деякої критичної величини, порівнянної з так званої кореляційної довжиною або радіусом взаємодії, характерним для того чи іншого фізичного явища. В результаті виникають нові закономірності, що проявляється в унікальному фізико-хімічному та електрохімічному поведінці таких наноматеріалів.
Перехідні елементи , що мають змінні ступеня окислення і знаходяться в різних спінових станах в формованих ними складних кристалічних структурах, відіграють важливу роль при створенні сучасних функціональних матеріалів. Одними з найбільш відомих адаптивних хімічних систем, які мають до того ж широкою поширеністю і низькою вартістю, малою токсичністю і екологічною безпекою, є системи Mn-O, Ti-O, VO (і деякі інші).
За рахунок зміни дисперсності найдешевший і найвідоміший (ще з 1867 р.!) марганець-цинковий елемент француза Жоржа Лекланше "Zn-MnO 2 " отримує друге життя у вигляді ... всесвітньо розрекламованої лужної батарейки Дюраселл! В даний час по всьому світу зроблено велику кількість експериментів, що дозволяють отримати відомий всім діоксид марганцю у вигляді наночастинок, нанопластін, наноусов і навіть нанотрубок . Такі матеріали працюють у батарейках довше, краще і, звичайно, швидше перезаряджаються в акумуляторах, якщо в них інтеркальованого літій.
Так, подібний літій-іонний акумулятор фірми Toshiba здатний зарядитися на 80% за 60 секунд!. Це значно швидше, ніж звичайні комерційні літій-іонні акумулятори, яким для зарядки потрібно від одного до десяти годин. Акумулятори з наночастинками втрачають тільки 1% ємності після 1000 циклів зарядка-розрядка, вони можуть працювати при температурі -40 В° C, при 45 В° C термін служби починає скорочуватися, але при цьому втрачається лише 5% властивостей після тисячного циклу. Прототип Toshiba 600mAh розроблявся з урахуванням застосування з компактними пристроями, розміри його всього 6.2 x 3.5 x 0.4 см.
Ще одна важлива риса наночастинок - де вони В«розтріскуютьсяВ» і не змінюються при циклировании акумулятора (в циклах зарядка-розрядка). Раніше вважалося, що це явище серйозно обмежує ресурс звичайних хімічних джерел струму, оскільки руйнується або навіть хімічно змінюється електрод, при цьому втрачається В«Зв'язністьВ» між окремими частинами електрохімічної ланцюга В«батарейкиВ». Інша проблема - електроди можуть проростати один в одного через розділяє мембрану (В«ВусаВ» і В«дендритиВ» металевого літію), що призводить до короткого замикання, іноді - навіть до В«скипаннюВ» акумулятора, як було в недавній історії з вилученням з експлуатації В«ноутбуківВ» однієї дуже відомої фірми. Всі, акумулятор можна викидати! При використанні наночастинок у вигляді В«пастиВ» з тісно контактуючими частинками ці проблеми багато в чому знімаються. Крім того, нові літієві акумулятори, що виходять в світ під маркою NanoSafe, серед іншого відрізняються і новим матеріалом для негативного електрода, що використовує наночастинки так званих титанових В«БронзВ» . Це також дозволило істотно підвищити термін життя акумуляторів. Після 15 тисяч циклів глибокого розряду і повної зарядки ємність акумуляторів збереглася на рівні 85% від початкового значення. І це при тому, що звичайні літій-іонні і літій-полімерні батареї мають життєвий цикл довжиною приблизно в 300-500 повних циклів заряду і розряду, після чого їх ємність швидко і суттєво падає. Якщо уявити, що батареї NanoSafe з'являться на мобільних телефонах, зарядка один раз на три дні буде означати, що акумулятор пропрацює 123 роки.
У той же час, звичайно, виникають і нові В«камені спотиканняВ». Наприклад, через високу реакційної здатності наночасток вони із задоволенням реагують з е лектролітом і взагалі з усім, з чим стикаються. Однак цю проблему хіміки успішно вирішують, якщо судити по великому числу В«свіжихВ» патентів, отриманих за цією тематики.
Останнім часом все більше систем стають потенційними або реальними кандидатами для використання в наноіоніке. Одна з них - матеріал складу LiFePO 4 зі структурою мінералу олівіну . За словами деяких разработчітков, термін служби таких акумуляторів збільшиться порівняно з попередніми зразками в 10 разів, потужність зросте в 5 разів, значно зменшиться час заряду (більше 90% ємності через 5 хвилин). Очікується, що новинка буде використовуватися в різних пристроях, включаючи електроінструменти, медичні прилади та гібридні електромобілі.
Інші сист...
