Являются ли проводящие электроды ключом к быстрозаряжающимся батареям?

Типы полевых транзисторов (June 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Батареи с электродами на основе MXenes предлагают большие возможности хранения и очень быструю зарядку

Гэри Элинофф, писатель

Самая неприятная проблема, с которой сталкиваются пользователи перезаряжаемых батарей, - это то, как долго они берут заряд. Это неудобство для пользователей мобильных устройств, и более того, чем любой другой фактор, это причина медленного приема автомобилей с электроприводом. Команда из Университета Дрекселя во главе с профессором Юрием Гогоци разработала новый дизайн батарей, основанный на двухмерных карбидах переходных металлов (MXenes), «третье измерение» которого составляет всего несколько атомов. Батареи с электродами, встроенными в MXene, обеспечивают возможность поглощения полного заряда в секундах, а не в часах. Документ, подробно описывающий работу, был первоначально опубликован в журнале Nature Energy.

Архитектура электрода, основанная на MXene, предлагает два очень важных отличия.

Во-первых, когда заряжается аккумулятор, электрически заряженные ионы вливаются в него, ища место, чтобы позвонить домой. MXene делает это путешествие более быстрым и легким из-за его свойства макропористости или многих отверстий, через которые электрически заряженный ион может быстрее продвигаться к своему «порту» на электроде. Именно там он хранится для последующего использования, когда аккумулятор будет обеспечивать электроэнергией, а не получать его.

По словам Марии Лукацкой, первого автора газеты «Nature Energy», «Идеальная архитектура электродов была бы чем-то вроде ионов, перемещающихся в порты через многополосные высокоскоростные« магистрали »вместо однополосных дорог. Наша конструкция с макропористым электродом достигает этой цели, что позволяет быстро заряжать - порядка нескольких секунд или меньше ».

Второе отличие заключается в том, что с MXene многие другие из этих портов или сайтов-редокс могут содержаться в данной области. В результате батарея на основе MXene-электродов может хранить больше заряда для заданных размеров и веса.

Как описано на Inverse.com, большинство современных батарей используют хранилище химических веществ. MXene в форме, показанной ниже, можно описать как «микроскопический швейцарский сыр» со многими зонами хранения ионов. Затем, согласно Обратной статье, применение гидрогеля приводит к созданию еще большего количества этих окислительно-восстановительных участков, что увеличивает емкость аккумулятора.

Атомная структура MXene. Источник: Университет Дрекселя (отредактирован).

MXene позволяет комбинировать быстрозаряжающиеся и -разрядовые характеристики суперконденсаторов с превосходной емкостью хранения батарей. Как описывает профессор Гогоци: «Эта статья опровергает общепризнанную догму о том, что хранение химических зарядов, используемое в батареях и псевдоконденсаторах, всегда намного медленнее, чем физическое хранение, используемое в электрических двухслойных конденсаторах, также известных как суперконденсаторы».

Как указано в Обратной статье, «Elon Musk сказал, что это лучше всего: существующая технология батареи отстой». Было много ложных запусков в технологии батареи, и многие новые идеи оказались незаменимыми, не выведя их из лаборатории. Технология батарей, похоже, является узким местом на пути к прогрессу во многих областях. Поэтому мы все ждем и надеемся, что это нововведение может прояснить ситуацию.