Geresnių baterijų fizika

Anonim

Harvardo universiteto mokslininkai naudoja fiziką, kad išspręstų vieną iš didžiausių iššūkių projektuojant lengvąsias, ilgalaikes baterijas: kaip išspausti daugiau energijos į mažiau vietos.

Harvardo Džono A. Paulsono inžinerijos ir taikomosios mokslų mokyklos (angl. SAAS) ir Fizikos katedros mokslininkai sukūrė sukonstruotą elektrocheminę sistemą, kuri gali laikyti didelius energijos kiekius erdvėje tarp atomų plonesnių sluoksniuotų dvimačių medžiagų lakštų, kaip grafenas.

Tyrimas skelbiamas gamtoje.

"Mes pastebėjome, kad, suklijant skirtingų, atomiškai plonų medžiagų lakštus, galėtume inžinierizuoti aukštesnius elektrocheminius pajėgumus, padidindami kaupimo sąnaudas hibridinėse medžiagose daugiau nei dešimt kartų", - sakė Kabenė Bediako, buvusi SEAS doktorantė ir pirmoji " popierius.

Šiuo metu Bediako yra Kalifornijos universiteto Berkeley chemijos katedros docentas.

Tyrėjai išnaudojo fizinį efektą, žinomą kaip van der Waalso jėgos, kurios yra silpnos ryšys tarp molekulių, pagrįstos bendruoju atomų skaičiumi ir artumu, o ne tiesiogine chemine sąveika. Tradiciniai medžiagų tobulinimo būdai (pvz., Geresnių elektrodų naudojimas ličio jonų baterijose) yra apribotas elementais ir junginiais, kurie yra chemiškai ir struktūriškai suderinami, pavyzdžiui, kobaltas ir nikelis. Tačiau, sukabindami medžiagas su van der Waalso jėga, mokslininkai nustatė, kad jie gali sujungti bet kurias dviem sluoksniuotas medžiagas, kad sukurtų naują elektrocheminę aplinką "tuščiame" erdvėje tarp dviejų sluoksnių, žinomo kaip van der Waalso sąsaja.

Mokslininkai sukrauti boro nitrido, grafeno ir molibdeno dichalcogenido (MoX2) sluoksnius ir įpilti ličio jonus tarp sluoksnių. Grafenas suteikė mažai atsparaus elektroninio paviršiaus, kuris savo ruožtu įgalino MoX2 sluoksnį efektyviau laikytis ličio jonų. Šie eksperimentiniai stebėjimai buvo patvirtinti išsamiu teoriniu modeliu, kuriuose gyvena ličio atomiai. Teorinis modeliavimas taip pat paaiškina ličio atomų įterpimo ir pašalinimo mechanizmus, lemiamą žingsnį suprasti prietaiso galimybes veikti kaip įkraunama baterija.

"Atominiame lygyje šis elektrocheminis prietaisas yra daugiau nei jo dalių suma", - sakė Bediako. "Mes sukūrėme unikalią elektrocheminę aplinką tarp šių sluoksnių, ir mes galime ją matuoti, valdyti ir sureguliuoti, kad ilgesnį laiką ir pageidaujamoje įtampoje būtų saugomi daugiau ličio jonų."

Kuo daugiau ličio jonų galite išspausti į vietą, tuo didesnė baterijos talpa; kuo greičiau išeina jonai, tuo didesnė įtampa.

"Be energijos taupymo, šis metodas manipuliuoti ir charakterizuoti elektrocheminį elgesį sluoksniuotų sistemų atveria naujus būdus kontroliuoti didelį skysčių tankį 2-D elektroniniuose ir optoelektroniniuose įrenginiuose", - sakė fizikos ir taikomosios fizikos profesorius SEAS ir Philip Kim. vyresnysis rašytojas.

menu
menu