Ċarġ sħiħ fi 18-il sekonda? ! M'għandekx aktar tinkwieta li titlaq mid-dar u tispiċċa bla batterija...

Mowbajls, kompjuters, tablets, eċċ li jużaw batteriji bħala sorsi ta 'enerġija saru parti minn ħajjitna, u aktar u aktar nies qed jibdew ibatu minn "ansjetà ta' l-elettriku", fl-istess ħin, il-popolarità aċċellerata ta 'vetturi ta' enerġija ġodda għandha għamilha dejjem aktar diffiċli għan-nies biex jiċċarġjaw batteriji twal - aktar malajr! Iċċarġja l-batterija ftit aktar malajr! Din saret ix-xewqa komuni ta’ kulħadd.

Dik ix-xewqa tista’ dalwaqt issir realtà. Riċentement, it-tim ta 'Song Li, professur fil-Laboratorju Nazzjonali tar-Radjazzjoni Sinkrotron fl-Università tax-Xjenza u t-Teknoloġija taċ-Ċina, żviluppa batterija b'kapaċità ta' ċċarġjar mgħaġġel.

 

Illum se nitkellmu aktar dwar din ir-riċerka.

 

Il-batterija tal-jone tal-litju hija mezz ta 'ħażna tal-enerġija rikonoxxut b'mod wiesa'. Bil-vantaġġi ta 'densità għolja ta' enerġija u firxa wiesgħa ta 'temperatura operattiva, batteriji tal-jone tal-litju okkupaw il-maġġoranza vasta tal-batteriji kummerċjali. Madankollu, l-elettrolit organiku użat għandu ċerta ħsara lill-ġisem tal-bniedem, u n-nuqqas ta 'riżorsi tal-litju se jwassal għal nuqqas ta' suq tal-batteriji fil-futur.

 

Il-batterija tal-jone taż-żingu, bħala talent ġdid fil-qasam tal-ħażna tal-enerġija, mhux biss għandha densità teoretika għolja ta 'enerġija, iżda għandha wkoll elettrolit tal-ilma mhux tossiku, li jiżgura produzzjoni u applikazzjoni sikur u effiċjenti. Barra minn hekk, ir-riżorsi taż-żingu irħas u abbundanti wkoll inaqqsu ħafna l-ispiża tal-użu tal-batterija, hija mistennija li ssir sostitut potenzjali għall-batteriji tal-jone tal-litju fil-futur.

Anki jekk hemm ħafna differenzi fl-użu tal-materjali, l-istat tax-xogħol tal-batteriji tal-jone taż-żingu u l-batteriji tal-jone tal-litju fil-proċess ta 'ċarġ u skariku huwa simili ħafna.

 

Il-materjal tal-katodu tal-batterija ħafna drabi jkun f'saffi: matul il-proċess ta 'ħruġ tal-batterija, joni tal-litju (jew joni taż-żingu) se jkunu inkorporati fis-saff tal-materjal tal-katodu għall-ħażna; Matul il-proċess tal-iċċarġjar tal-batterija, joni tal-litju (jew joni taż-żingu) se jaħarbu mis-saff tal-materjal pożittiv u jerġgħu lura għall-elettrodu negattiv.

B'mod ġenerali, il-prinċipju ta 'ħidma tal-batterija huwa proċess ta' migrazzjoni tal-jone u trasferiment ta 'elettroni.

Il-prinċipju tal-iċċarġjar mgħaġġel tal-batterija

Allura f'din ir-riċerka xjentifika, kif tinkiseb il-batterija tal-iċċarġjar veloċi?

 

1. Wessa 'kanali tat-trasport tal-joni

 

Kif imsemmi hawn fuq, il-proċess tal-iċċarġjar u l-ħatt tal-batteriji tal-jone taż-żingu huwa proċess ta 'migrazzjoni kontinwa tal-jone. Jekk trid taħżen kemm jista 'jkun il-kapaċità tal-batterija f'perjodu qasir ta' żmien, trid toħloq spazju kbir ta 'ħażna għall-joni taż-żingu.

 

L-ewwel, ir-riċerkaturi ffukaw fuq materjali tal-pentossidu tal-vanadju f'saffi bi struttura spazjali aġġustabbli. Il-materjal tal-pentossidu tal-vanadju f'saffi huwa strutturat bħallikieku kien irranġat minn pjanċi paralleli multipli. Sabiex tiżdied l-ispazjar tas-saff tal-materjal tal-katodu f'saffi, jonji tal-ammonju akbar jistgħu jiġu interkalati minn qabel. Dan biex iżżid xi pilastri bejn dawn is-saffi bil-quddiem biex tiżdied l-ispazjar tas-saff.

 

Bl-appoġġ ta 'jonji ta' l-ammonju, joni taż-żingu jistgħu jemigraw aktar faċilment fil-materjal ta 'elettrodu pożittiv, u l-ispazju ta' bejn is-saffi akbar jista 'wkoll itejjeb b'mod effettiv il-kapaċità tal-ħażna tal-enerġija tal-batterija.

 

 

2. Mill-aġġustament tal-okkupazzjoni orbitali għall-aċċellerazzjoni tat-trasferiment tal-elettroni

Huwa importanti li tkun taf li l-proċess tal-ħażna tal-enerġija tal-batterija huwa relatat mill-qrib mal-migrazzjoni tal-jone u t-trasferiment tal-elettroni. Meta l-joni taż-żingu jidħlu fis-saff tal-materjal tal-katodu għall-ħażna, xi elettroni se jiġu trasferiti wkoll għall-materjal tal-katodu biex jinżamm il-bilanċ ġenerali tal-ħlas. Għalhekk, huwa wkoll importanti ħafna li tistudja l-influwenza ta 'jonji interkalati fuq l-istruttura elettronika ta' materjali b'saffi.

 

Madankollu, metodi ta 'ttestjar konvenzjonali huma diffiċli biex jiġu esplorati b'mod ċar l-istrutturi atomiċi u elettroniċi interni tal-materjali. Għalhekk, tekniki aktar avvanzati ta 'karatterizzazzjoni tar-radjazzjoni synchrotron huma meħtieġa għall-iskoperta. Fi kliem sempliċi, it-teknoloġija tar-radjazzjoni synchrotron tista 'tinftiehem bħala verżjoni mtejba tas- "super mikroskopju", billi tuża l-luminożità għolja u l-karatteristiċi ta' faxxa wiesgħa tagħha biex tara l-istruttura interna tal-materja.

Permezz ta 'din it-teknika, ir-riċerkaturi investigaw il-bidliet tal-okkupazzjoni orbitali atomika fil-materjal tal-pentaossidu tal-vanadju wara l-inserzjoni ta' pilastri tal-jone tal-ammonju bejn is-saffi u l-evoluzzjoni riversibbli tal-proċess ta 'ċarġ u skariku.

 

Hawnhekk aħna l-ewwel nintroduċu l-kunċett bażiku ta 'struttura elettronika.

 

Għal elementi b'elettroni ekstranukleari, l-elettroni tagħhom mhumiex imbarazz, iżda rranġati f'orbiti. Barra minn hekk, l-elettroni dejjem jokkupaw l-orbitali tal-enerġija aktar baxxi l-ewwel, jiġifieri, in-nuklei fiċ-ċentru, irranġati minn ġewwa 'l barra.

 

Għall-vanadju, l-arranġament ta 'l-elettroni ta' valenza tiegħu jidher hawn taħt, b'ħames elettroni ta 'valenza fis-saff ta' barra. Fil-pentossidu tal-vanadju, il-ħames elettroni kollha jintużaw biex jgħaqqdu ma 'atomi ta' ossiġnu. F'dan il-punt, l-orbital 3d tal-vanadju huwa l-orbital vojt li mhuwiex okkupat minn elettroni.

 

 

3. Ir-regolament doppju tal-istruttura tal-kristall u l-istruttura elettronika tagħmel iċċarġjar veloċi u ċiklu stabbli jidħlu f'realtà

Meta tuża dan il-materjal tal-katodu ġdid, il-batterija zn-ion tikseb kapaċità ta '101mAh/g f'densità kurrenti ta' 200C, u l-ħlas jieħu biss 18s. Fl-istess ħin, l-elettrolit tal-ilma jiżgura wkoll is-sigurtà tal-proċess taċ-ċirkolazzjoni u jnaqqas it-tniġġis għall-ambjent.

 

F'dan id-dokument, l-ispazjar tas-saff u l-istat ta 'okkupazzjoni orbitali tal-materjali b'saffi huma ddisinjati u regolati mill-istruttura tal-kristall u l-istruttura elettronika tal-materjali. Fl-istess ħin, flimkien mal-karatterizzazzjoni avvanzata tar-radjazzjoni synchrotron tfisser, l-evoluzzjoni tal-istruttura tal-materjal hija aktar intuwittivi u ċari, sabiex il-materjal tal-elettrodu pożittiv b'karatteristiċi ta 'ċċarġjar mgħaġġel ikun possibbli.

 

Forsi fil-futur qarib, materjali bħal dawn jistgħu jintużaw fi prodotti elettroniċi, u anke fit-trasport pubbliku. It-tnaqqis sinifikanti fil-ħin tal-iċċarġjar jista 'jagħmel il-ħajja tan-nies aktar effiċjenti u konvenjenti; Materjali tal-batterija sikuri u nodfa jistgħu wkoll inaqqsu l-piż fuq l-ambjent. Jemmen li t-teknoloġija se tagħmel dik il-ġurnata mhux 'il bogħod.