| تاریخ ارسال: ۱۳۹۸/۱۱/۲۶ |
پژوهشگران روش جدیدی را برای بهبود چگالی انرژی ابررساناها بر اساس مواد دوبعدی کشف میکنند
باتری های امروزی که شارژ ذخیره شده در آنها بیشتر به الکترودهایشان بستگی دارند، ظرفیت ذخیره انرژی بالایی دارند. با این حال، سرعت شارژ آهسته منجر به محدود کردن کاربرد آنها در وسایل نقلیه برقی و الکترونیکی مصرفی میشود. خازن های الکتروشیمیایی، به نام ابررساناها، میتوانند اصلی ترین منبع ذخیره انرژی آینده باشند. این ابررساناها در ذخیره ی انرژی در سطح ماده الکترودیشان برای شارژ سریع و تخلیه توانا هستند. با این حال، در حال حاضر، ابررساناها ظرفیت ذخیره و شارژ باتری یا چگالی انرژی ندارند.
گروه های مختلف ترمینال، مانند فلورین، اکسیژن یا گونه های هیدروکسیل، میتوانند سطوح مختلف مکسن را بپوشانند. این گروه ها با قدرت و خصوصاً با حلال های متنوع و همچنین نمک های محلول موجود در الکترولیت تعامل دارند. یک مسابقه خوب بین یک الکترود و حلال الکترولیت ممکن است ظرفیت ذخیره سازی را بالا ببرد یا سرعت شارژ را افزایش دهد.
این مطالعه بخشی از مرکز FIRST (واکنش های رابط سیالات، ساختارها و حمل و نقل)، یک مرکز تحقیقات مرزی انرژی به سرپرستی ORNL و تأیید شده توسط دفتر علوم DOE است. پژوهش FIRST واکنش های بین رابط سیال و جامد را با عواقب حمل و نقل انرژی در برنامه های روزانه مطالعه میکند.
کی لی از دانشگاه درکسل، مکسن کاربید تیتانیوم را از خانواده ی سرامیکی مکس تهیه کرد که شامل تیتانیوم مشخص شده توسط ("M")، آلومینیوم ("A") و کربن ("X") بود و پژوهشگران این کار را با اچ کردن لایه های آلومینیومی را برای ایجاد تک لایه های مکسن پنج صفحه ای کاربید تیتانیوم انجام دادند.
پژوهشگران متعاقباً مکسن را در الکترولیت های بر پایه ی لیتیوم در حلال های مختلف که از نظر خصوصیات و ساختارهای مولکولی بسیار متفاوت هستند، غوطه ور کردند. یون های لیتیوم که دارای بار الکتریکی هستند به راحتی خود را بین لایه های مکسن ادغام میکنند.
بدون عیب بودن ساختار مواد قبل و بعد از آزمایشهای الکتروشیمیایی با میکروسکوپ الکترونی عبوری مشخص شد، در حالی که ترکیب و فعل و انفعالات شیمیایی مکسن بین حلال الکترولیت و سطح مکسن با طیف سنجی رامان و طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس آشکار میشود. اندازهگیریهای الکتروشیمیایی نشان داد که بالاترین ظرفیت (مقدار انرژی ذخیره شده) با کمک یک الکترولیت با رسانایی کمتر به دست می آید. این یک مشاهده عجیب و متناقض است زیرا پیش بینی به این صورت بود که الکترولیت بر پایه ی حلال استونیتریل مورد استفاده دارای حداکثر رسانایی در میان همه ی الکترولیت های آزمایش شده است تا بهینه ترین عملکرد را ارائه کند. در حالی که پراش پرتوی ایکس انقباض و گسترش فاصله بین لایه مکسن را در زمان شارژ و تخلیه با استفاده از استونیتریل نشان داد؛ هیچ تغییری در فاصله بین لایه ای با استفاده از حلال کربنات پروپیلن مشاهده نشد. حلال دوم منجر به ظرفیت نسبتاً بالاتری شد. علاوه بر این، الکترودهایی که با ورود و خروج یونها گسترش نمی یابند نیز پیش بینی میشود تعداد بیشتری چرخه بار تخلیه را تحمل کنند.
به منظور بررسی پویایی حلال الکترولیتی محدود شده در لایه های مکسن، این تیم به پراکندگی نوترون روی آوردند که مستعد اتم های هیدروژن موجود در مولکولهای حلال است.
نهایتاً، ولکک شبیه سازی دینامیک مولکولی را انجام داد که تعامل بین سطوح مکسن، حلالهای الکترولیت و یونهای لیتیم بر اساس قطبیت، شکل مولکولی و اندازه مولکول های حلال را نشان داد. با توجه به یک الکترولیت بر پایه ی پروپیلن کربنات، یک حلال یون های لیتیوم را احاطه نمی کند و بنابراین بسته بندی نزدیکی بین ورق های مکسن دارد. با این حال، در انواع دیگر الکترولیت ها، مولکولهای حلال توسط یون های لیتیوم هنگام حرکت به داخل الکترود حمل میشوند و در نتیجه باعث انبساط ناشی از شارژ شدن میشوند. اعتقاد بر این است که مدل سازی احتمالاً میتواند انتخاب زوج های حلال الکترود - الکترولیت قریب الوقوع را راهنمایی کند.
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://www.azom.com/news.aspx?newsID=50587
گروه های مختلف ترمینال، مانند فلورین، اکسیژن یا گونه های هیدروکسیل، میتوانند سطوح مختلف مکسن را بپوشانند. این گروه ها با قدرت و خصوصاً با حلال های متنوع و همچنین نمک های محلول موجود در الکترولیت تعامل دارند. یک مسابقه خوب بین یک الکترود و حلال الکترولیت ممکن است ظرفیت ذخیره سازی را بالا ببرد یا سرعت شارژ را افزایش دهد.
این مطالعه بخشی از مرکز FIRST (واکنش های رابط سیالات، ساختارها و حمل و نقل)، یک مرکز تحقیقات مرزی انرژی به سرپرستی ORNL و تأیید شده توسط دفتر علوم DOE است. پژوهش FIRST واکنش های بین رابط سیال و جامد را با عواقب حمل و نقل انرژی در برنامه های روزانه مطالعه میکند.
کی لی از دانشگاه درکسل، مکسن کاربید تیتانیوم را از خانواده ی سرامیکی مکس تهیه کرد که شامل تیتانیوم مشخص شده توسط ("M")، آلومینیوم ("A") و کربن ("X") بود و پژوهشگران این کار را با اچ کردن لایه های آلومینیومی را برای ایجاد تک لایه های مکسن پنج صفحه ای کاربید تیتانیوم انجام دادند.
پژوهشگران متعاقباً مکسن را در الکترولیت های بر پایه ی لیتیوم در حلال های مختلف که از نظر خصوصیات و ساختارهای مولکولی بسیار متفاوت هستند، غوطه ور کردند. یون های لیتیوم که دارای بار الکتریکی هستند به راحتی خود را بین لایه های مکسن ادغام میکنند.
بدون عیب بودن ساختار مواد قبل و بعد از آزمایشهای الکتروشیمیایی با میکروسکوپ الکترونی عبوری مشخص شد، در حالی که ترکیب و فعل و انفعالات شیمیایی مکسن بین حلال الکترولیت و سطح مکسن با طیف سنجی رامان و طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس آشکار میشود. اندازهگیریهای الکتروشیمیایی نشان داد که بالاترین ظرفیت (مقدار انرژی ذخیره شده) با کمک یک الکترولیت با رسانایی کمتر به دست می آید. این یک مشاهده عجیب و متناقض است زیرا پیش بینی به این صورت بود که الکترولیت بر پایه ی حلال استونیتریل مورد استفاده دارای حداکثر رسانایی در میان همه ی الکترولیت های آزمایش شده است تا بهینه ترین عملکرد را ارائه کند. در حالی که پراش پرتوی ایکس انقباض و گسترش فاصله بین لایه مکسن را در زمان شارژ و تخلیه با استفاده از استونیتریل نشان داد؛ هیچ تغییری در فاصله بین لایه ای با استفاده از حلال کربنات پروپیلن مشاهده نشد. حلال دوم منجر به ظرفیت نسبتاً بالاتری شد. علاوه بر این، الکترودهایی که با ورود و خروج یونها گسترش نمی یابند نیز پیش بینی میشود تعداد بیشتری چرخه بار تخلیه را تحمل کنند.
به منظور بررسی پویایی حلال الکترولیتی محدود شده در لایه های مکسن، این تیم به پراکندگی نوترون روی آوردند که مستعد اتم های هیدروژن موجود در مولکولهای حلال است.
نهایتاً، ولکک شبیه سازی دینامیک مولکولی را انجام داد که تعامل بین سطوح مکسن، حلالهای الکترولیت و یونهای لیتیم بر اساس قطبیت، شکل مولکولی و اندازه مولکول های حلال را نشان داد. با توجه به یک الکترولیت بر پایه ی پروپیلن کربنات، یک حلال یون های لیتیوم را احاطه نمی کند و بنابراین بسته بندی نزدیکی بین ورق های مکسن دارد. با این حال، در انواع دیگر الکترولیت ها، مولکولهای حلال توسط یون های لیتیوم هنگام حرکت به داخل الکترود حمل میشوند و در نتیجه باعث انبساط ناشی از شارژ شدن میشوند. اعتقاد بر این است که مدل سازی احتمالاً میتواند انتخاب زوج های حلال الکترود - الکترولیت قریب الوقوع را راهنمایی کند.
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://www.azom.com/news.aspx?newsID=50587
مطالب مشابه
کلیه حقوق این وب سایت متعلق به انجمن سرامیک ایران می باشد.
طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق