Pilna uzlāde 18 sekundēs? ! Vairs nav jāuztraucas par iziešanu no mājas un akumulatora izlādes...

Mobilie tālruņi, datori, planšetdatori u.c., kas izmanto baterijas kā enerģijas avotus, ir kļuvuši par mūsu dzīves sastāvdaļu, un arvien vairāk cilvēku sāk ciest no "elektrības trauksmes", tajā pašā laikā pieaugošā jauno enerģijas transportlīdzekļu popularitāte. cilvēkiem kļuva arvien grūtāk uzlādēt garus akumulatorus – ātrāk! Uzlādējiet akumulatoru nedaudz ātrāk! Tā kļuva par visu kopējo vēlmi.

Šī vēlme drīz var piepildīties. Nesen Ķīnas Zinātnes un tehnoloģijas universitātes Nacionālās sinhrotrona starojuma laboratorijas profesora Song Li komanda izstrādāja akumulatoru ar ātras uzlādes iespēju.

 

Šodien mēs runāsim vairāk par šo pētījumu.

 

Litija jonu akumulators ir plaši atzīta enerģijas uzglabāšanas ierīce. Pateicoties augstajam enerģijas blīvumam un plašajam darba temperatūras diapazonam, litija jonu akumulatori ir aizņemuši lielāko daļu komerciālo akumulatoru. Tomēr izmantotajam organiskajam elektrolītam ir zināms kaitējums cilvēka ķermenim, un litija resursu trūkums nākotnē novedīs pie akumulatoru tirgus trūkuma.

 

Cinka jonu akumulatoram kā jaunam talantam enerģijas uzkrāšanas jomā ir ne tikai augsts teorētiskais enerģijas blīvums, bet arī netoksisks ūdens elektrolīts, kas nodrošina drošu un efektīvu ražošanu un pielietojumu. Turklāt lēti un bagātīgi cinka resursi arī ievērojami samazina akumulatora lietošanas izmaksas, un ir paredzams, ka nākotnē tie kļūs par potenciālu litija jonu akumulatoru aizstājēju.

Lai gan materiālu izmantošanā ir daudz atšķirību, cinka jonu akumulatoru un litija jonu akumulatoru darba stāvoklis uzlādes un izlādes procesā ir ļoti līdzīgs.

 

Akumulatora katoda materiāls bieži ir slāņains: akumulatora izlādes procesā litija joni (vai cinka joni) tiks iestrādāti katoda materiāla slānī uzglabāšanai; Akumulatora uzlādes procesā litija joni (vai cinka joni) izplūdīs no pozitīvā materiāla slāņa un atgriezīsies negatīvajā elektrodā.

Kopumā akumulatora darbības princips ir jonu migrācijas un elektronu pārneses process.

Ātrās akumulatora uzlādes princips

Tātad, kā šajā zinātniskajā pētījumā tiek panākta ātra akumulatora uzlāde?

 

1. Paplašināt jonu transporta kanālus

 

Kā minēts iepriekš, cinka jonu akumulatoru uzlādes un izlādes process ir nepārtrauktas jonu migrācijas process. Ja vēlaties īsā laika periodā uzglabāt pēc iespējas vairāk akumulatora jaudas, jums ir jāizveido liela cinka jonu uzglabāšanas vieta.

 

Pirmkārt, pētnieki koncentrējās uz slāņveida vanādija pentoksīda materiāliem ar regulējamu telpisko struktūru. Slāņainā vanādija pentoksīda materiāls ir strukturēts tā, it kā tas būtu sakārtots ar vairākām paralēlām plāksnēm. Lai palielinātu slāņveida katoda materiāla atstarpi starp slāņiem, var iepriekš interkalēt lielākus amonija jonus. Tas ir paredzēts, lai iepriekš starp šiem slāņiem pievienotu dažus pīlārus, lai palielinātu slāņu atstarpi.

 

Ar amonija jonu atbalstu cinka joni var vieglāk migrēt pozitīvā elektroda materiālā, un lielāka starpslāņa telpa var arī efektīvi uzlabot akumulatora enerģijas uzglabāšanas jaudu.

 

 

2. No orbītas aizņemšanas regulēšanas līdz elektronu pārneses paātrināšanai

Ir svarīgi zināt, ka akumulatora enerģijas uzkrāšanas process ir cieši saistīts ar jonu migrāciju un elektronu pārnesi. Kad cinka joni nokļūst katoda materiāla slānī uzglabāšanai, daži elektroni tiks pārnesti arī uz katoda materiālu, lai saglabātu kopējo lādiņu līdzsvaru. Tāpēc ļoti svarīgi ir arī izpētīt interkalēto jonu ietekmi uz slāņveida materiālu elektronisko struktūru.

 

Tomēr ar parastajām testēšanas metodēm ir grūti skaidri izpētīt materiālu iekšējās atomu un elektroniskās struktūras. Tāpēc noteikšanai ir nepieciešamas progresīvākas sinhrotronu starojuma raksturošanas metodes. Vienkārši sakot, sinhrotronu starojuma tehnoloģiju var saprast kā "supermikroskopa" uzlabotu versiju, izmantojot tā lielo spilgtumu un platjoslas raksturlielumus, lai redzētu matērijas iekšējo struktūru.

Izmantojot šo paņēmienu, pētnieki pētīja atomu orbītas okupācijas izmaiņas vanādija pentaoksīda materiālā pēc amonija jonu pīlāru ievietošanas starp slāņiem un lādēšanas un izlādes procesa atgriezenisku attīstību.

 

Šeit mēs vispirms iepazīstinām ar elektroniskās struktūras pamatjēdzienu.

 

Elementiem ar ārpuskodolu elektroniem to elektroni nav pārblīvēti, bet gan sakārtoti orbītās. Turklāt elektroni vienmēr vispirms aizņem zemākās enerģijas orbitāles, tas ir, kodolus centrā, kas sakārtoti no iekšpuses uz āru.

 

Vanādijam tā valences elektronu izvietojums ir parādīts zemāk, un ārējā slānī ir pieci valences elektroni. Vanādija pentoksīdā visi pieci elektroni tiek izmantoti, lai izveidotu savienojumu ar skābekļa atomiem. Šajā brīdī vanādija 3d orbitāle ir tukša orbitāle, kuru neaizņem elektroni.

 

 

3. Kristāla struktūras un elektroniskās struktūras dubultā regulēšana nodrošina ātru uzlādi un stabilu ciklu

Izmantojot šo jauno katoda materiālu, zn-jonu akumulators sasniedz 101mAh/g jaudu pie 200C strāvas blīvuma, un uzlāde notiek tikai 18s. Tajā pašā laikā ūdens elektrolīts nodrošina arī cirkulācijas procesa drošību un samazina vides piesārņojumu.

 

Šajā rakstā slāņveida materiālu slāņu atstatums un orbītas aizņemšanas stāvoklis ir izstrādāts un regulēts no materiālu kristāliskās struktūras un elektroniskās struktūras. Tajā pašā laikā apvienojumā ar uzlabotajiem sinhrotrona starojuma raksturošanas līdzekļiem materiāla struktūras attīstība ir intuitīvāka un skaidrāka, lai būtu iespējams pozitīvs elektrodu materiāls ar ātras uzlādes īpašībām.

 

Iespējams, ka tuvākajā nākotnē šādus materiālus varēs izmantot elektroniskajos produktos un pat sabiedriskajā transportā. Ievērojams uzlādes laika samazinājums var padarīt cilvēku dzīvi efektīvāku un ērtāku; Droši un tīri akumulatoru materiāli var arī samazināt slogu uz vidi. Ticiet, ka tehnoloģija padarīs šo dienu tuvu.