Popolna napolnjenost v 18 sekundah? ! Nič več skrbi, da bi zapustili hišo in da bi vam zmanjkalo baterije ...

Mobilni telefoni, računalniki, tablice itd., ki kot vir energije uporabljajo baterije, so postali del naših življenj in vse več ljudi začenja trpeti zaradi "električne tesnobe", hkrati pa narašča priljubljenost vozil z novo energijo. je ljudem vse težje polniti dolge baterije – hitreje! Napolnite baterijo malo hitreje! To je postala skupna želja vseh.

Morda se bo ta želja kmalu uresničila. Pred kratkim je ekipa Song Lija, profesorja v Nacionalnem laboratoriju za sinhrotronsko sevanje na Univerzi za znanost in tehnologijo Kitajske, razvila baterijo z možnostjo hitrega polnjenja.

 

Danes bomo več govorili o tej raziskavi.

 

Litij-ionska baterija je splošno priznana naprava za shranjevanje energije. S prednostmi visoke energijske gostote in širokega razpona delovne temperature so litij-ionske baterije zasedle veliko večino komercialnih baterij. Vendar pa ima uporabljeni organski elektrolit določeno škodo za človeško telo, pomanjkanje virov litija pa bo v prihodnosti povzročilo pomanjkanje trga baterij.

 

Cink-ionska baterija, kot nov talent na področju shranjevanja energije, nima samo visoke teoretične energijske gostote, ampak ima tudi nestrupen vodni elektrolit, ki zagotavlja varno in učinkovito proizvodnjo in uporabo. Poleg tega poceni in obilni viri cinka močno znižajo tudi stroške uporabe baterije, ki naj bi v prihodnosti postala potencialna zamenjava za litij-ionske baterije.

Čeprav obstaja veliko razlik v uporabi materialov, je delovno stanje cink-ionskih baterij in litij-ionskih baterij v procesu polnjenja in praznjenja zelo podobno.

 

Katodni material baterije je pogosto večplasten: med procesom praznjenja baterije bodo litijevi ioni (ali cinkovi ioni) vdelani v plast katodnega materiala za shranjevanje; Med postopkom polnjenja baterije bodo litijevi ioni (ali cinkovi ioni) ušli iz pozitivne plasti materiala in se vrnili na negativno elektrodo.

Na splošno je princip delovanja baterije proces migracije ionov in prenosa elektronov.

Načelo hitrega polnjenja baterije

Torej, kako je v tej znanstveni raziskavi dosežena baterija s hitrim polnjenjem?

 

1. Razširite ionske transportne kanale

 

Kot je navedeno zgoraj, je proces polnjenja in praznjenja cink-ionskih baterij proces neprekinjene migracije ionov. Če želite v kratkem času shraniti čim večjo kapaciteto baterije, morate ustvariti velik prostor za shranjevanje cinkovih ionov.

 

Najprej so se raziskovalci osredotočili na večplastne materiale vanadijevega pentoksida z nastavljivo prostorsko strukturo. Slojeviti material vanadijevega pentoksida je strukturiran, kot da bi bil razporejen po več vzporednih ploščah. Da bi povečali razmik med plastmi plastnega katodnega materiala, je mogoče predhodno interkalirati večje amonijeve ione. To pomeni, da med te plasti vnaprej dodate nekaj stebrov, da povečate razmik med plastmi.

 

S podporo amonijevih ionov lahko cinkovi ioni lažje migrirajo v materialu pozitivne elektrode, večji vmesni prostor pa lahko tudi učinkovito izboljša zmogljivost shranjevanja energije baterije.

 

 

2. Od prilagajanja zasedenosti orbite do pospeševanja prenosa elektronov

Pomembno je vedeti, da je proces shranjevanja energije v bateriji tesno povezan z migracijo ionov in prenosom elektronov. Ko cinkovi ioni vstopijo v plast katodnega materiala za shranjevanje, se nekaj elektronov prenese tudi na katodni material, da se ohrani celotno ravnovesje naboja. Zato je zelo pomembno tudi preučevanje vpliva interkaliranih ionov na elektronsko strukturo plastnih materialov.

 

Vendar pa je s konvencionalnimi metodami testiranja težko jasno raziskati notranje atomske in elektronske strukture materialov. Zato so za odkrivanje potrebne naprednejše tehnike karakterizacije sinhrotronskega sevanja. Preprosto povedano, tehnologijo sinhrotronskega sevanja lahko razumemo kot izboljšano različico "super mikroskopa", ki uporablja svojo visoko svetlost in širokopasovne značilnosti za ogled notranje strukture snovi.

Z uporabo te tehnike so raziskovalci raziskovali spremembe zasedenosti atomske orbite v materialu vanadijevega pentaoksida po vstavitvi stebrov amonijevih ionov med plasti in reverzibilno evolucijo procesa polnjenja in praznjenja.

 

Tukaj najprej predstavimo osnovni koncept elektronske strukture.

 

Pri elementih z ekstranuklearnimi elektroni njihovi elektroni niso v neredu, temveč razporejeni v orbitah. Poleg tega elektroni vedno najprej zasedejo nižje energijske orbitale, to je jedra v središču, razporejena od znotraj navzven.

 

Za vanadij je njegova razporeditev valenčnih elektronov prikazana spodaj, s petimi valenčnimi elektroni v zunanji plasti. V vanadijevem pentoksidu se vseh pet elektronov uporablja za vezavo z atomi kisika. Na tej točki je 3d orbitala vanadija prazna orbitala, ki je ne zasedajo elektroni.

 

 

3. Dvojna regulacija kristalne strukture in elektronske strukture omogoča hitro polnjenje in stabilen cikel

Pri uporabi tega novega katodnega materiala zn-ionska baterija doseže kapaciteto 101 mAh/g pri gostoti toka 200 C, polnjenje pa traja le 18 s. Vodni elektrolit obenem zagotavlja tudi varnost kroženja in zmanjšuje onesnaževanje okolja.

 

V tem prispevku sta razmik med plastmi in stanje zasedenosti orbite večplastnih materialov zasnovana in regulirana iz kristalne strukture in elektronske strukture materialov. Hkrati je v kombinaciji z naprednimi sredstvi za karakterizacijo sinhrotronskega sevanja razvoj strukture materiala bolj intuitiven in jasen, tako da je možen material pozitivne elektrode s karakteristikami hitrega polnjenja.

 

Morda bo v bližnji prihodnosti takšne materiale mogoče uporabiti v elektronskih izdelkih in celo v javnem prevozu. Občutno skrajšanje časa polnjenja lahko naredi življenje ljudi bolj učinkovito in udobno; Varni in čisti materiali za baterije lahko tudi zmanjšajo obremenitev okolja. Verjemite, da bo tehnologija poskrbela, da ta dan ni daleč.