Vai vadošie elektrodi ir atslēga ātras uzlādes baterijām?

War on Cash (Aprīlis 2019).

Anonim

Baterijas ar elektrodiem, kuru pamatā ir MXenes, piedāvā lielu uzglabāšanas jaudu un ļoti ātru uzlādi

Gary Elinoff, rakstnieks

Lielākā problēma, ar ko saskaras uzlādējamo bateriju lietotāji, ir tas, cik ilgi viņi uzlādējas. Tas ir neērtības mobilo ierīču lietotājiem, un vairāk nekā jebkura cita faktora dēļ, tas ir iemesls lēnu elektrisko automobiļu pieņemšanai. Drexel universitātes komanda, kuru vadīja profesors Jurijs Gogocis, ir izstrādājis jaunu jauna baterijas konstrukciju, kas balstīta uz divdimensiju pārejas metāla karbīdiem (MXenes), kuru "trešā dimensija" ir tikai daži atomi. Baterijas ar elektrodiem, kas uzbūvēti ar MXene, nodrošina iespēju pilnībā absorbēt pilnu daudzumu sekundēs, nevis stundās. Pētījums, kurā sīki aprakstīts darbs, sākotnēji tika publicēts žurnālā Nature Energy.

Elektrodu arhitektūra, kuras pamatā ir MXene, piedāvā divas ļoti svarīgas atšķirības.

Pirmkārt, kad akumulators tiek uzlādēts, tajā ieliet elektriski uzlādētu jonu, meklējot vietu, kur zvanīt mājās. MXene padara šo braucienu ātrāk un vieglāk, pateicoties savai makro poras īpašībai, vai arī daudzas atveres, caur kurām elektriski lādēts jons var ātrāk strādāt ceļā uz elektroda portu. Tas ir, ja tas tiek uzglabāts vēlākai lietošanai, kad akumulators elektroenerģiju piegādās, nevis saņems to.

Saskaņā ar Marijas Lukatskas raksta "Dabas enerģētikas papīra" pirmais autors, "Ideāla elektrodu arhitektūra būtu kaut kas līdzīgs joniem, kas pāriet uz ostām, izmantojot daudzlīnijas, ātrgaitas automaģistrāles, nevis vienvirziena ceļu. Mūsu makropozitīvo elektrodu konstrukcija sasniedz šo mērķi, kas ļauj ātri uzlādēt - par dažām sekundēm vai mazāk. "

Otrā atšķirība ir tāda, ka ar MXene, daudzas no šīm ostām vai redox vietnes var tikt ietvertas noteiktā apgabalā. Rezultātā akumulators, kura pamatā ir MXene elektrodi, var uzglabāt lielāku maksu par noteiktu izmēru un svaru.

Kā aprakstīts Inverse.com, lielākā daļa mūsdienu bateriju izmanto ķīmiskās enerģijas uzglabāšanu. MXene, kā parādīts zemāk, var raksturot kā "mikroskopisku Šveices sieru" ar daudzām jonu uzglabāšanas vietām. Tad saskaņā ar apgriezto rakstu hidrogelu izmantošana izraisa vēl vairāk šo redox vietu izveidošanu, palielinot akumulatora ietilpību.

MXene atomu struktūra. Avots: Drexel University (rediģēts).

MXene ļauj apvienot supercapacitoru ātras uzlādes un izlādēšanas īpašības ar bateriju augstāko krātuves ietilpību. Kā to raksturo profesors Gogocīts, "Šis dokuments noraida plaši pazīstamās dogmas, ka ķīmiskās uzlādes uzglabāšana, ko izmanto baterijās un pseidokapsērotājos, vienmēr ir daudz lēnāka nekā fiziskā uzglabāšana, ko izmanto elektriskos divslāņu kondensatoros, ko sauc arī par supercapacitoriem."

Kā minēts apgrieztajā rakstā, "Elons Musks to teica vislabāk: esošā akumulatora tehnoloģija iesūc." Bateriju tehnoloģijā ir daudz nepatiesu startu, un daudzas jaunas idejas izrādās nepieskaitāmas, nekad neizslēdzot to no laboratorijas. Šķiet, ka akumulatoru tehnoloģija ir sašaurinājums ceļā uz progresu tik daudzās jomās. Tāpēc mēs visi gaidām un ceram, ka šis jauninājums var izskaust ceļu.