Plné nabití za 18 sekund? ! Už se nemusíte bát opustit dům a vybít se baterie...

Mobilní telefony, počítače, tablety atd., které využívají jako zdroje energie baterie, se staly součástí našich životů a stále více lidí začíná trpět „úzkostmi z elektřiny“, zároveň s rostoucí oblibou nových energetických vozidel znesnadňovalo lidem nabíjení dlouhých baterií – rychleji! Nabijte baterii o něco rychleji! To se stalo společným přáním všech.

To přání se může brzy splnit. Nedávno tým Song Li, profesora z National Synchrotron Radiation Laboratory na University of Science and Technology of China, vyvinul baterii se schopností rychlého nabíjení.

 

Dnes si o tomto výzkumu povíme více.

 

Lithium-iontová baterie je široce uznávaným zařízením pro ukládání energie. Díky výhodám vysoké hustoty energie a širokému rozsahu provozních teplot obsadily lithium-iontové baterie drtivou většinu komerčních baterií. Použitý organický elektrolyt však do jisté míry poškozuje lidské tělo a nedostatek zdrojů lithia povede v budoucnu k nedostatku trhu s bateriemi.

 

Zinko-iontová baterie, jako nový talent v oblasti skladování energie, má nejen vysokou teoretickou hustotu energie, ale má také netoxický vodní elektrolyt, což zajišťuje bezpečnou a efektivní výrobu a aplikaci. Kromě toho, levné a bohaté zdroje zinku také výrazně snižují náklady na používání baterií a očekává se, že se v budoucnu stanou potenciální náhradou za lithium-iontové baterie.

I když existuje mnoho rozdílů v použití materiálů, pracovní stav zinko-iontových baterií a lithium-iontových baterií v procesu nabíjení a vybíjení je velmi podobný.

 

Katodový materiál baterie je často vrstvený: během procesu vybíjení baterie budou ionty lithia (nebo ionty zinku) zabudovány do vrstvy katodového materiálu pro uložení; Během procesu nabíjení baterie budou lithiové ionty (nebo ionty zinku) unikat z kladné vrstvy materiálu a vracet se k záporné elektrodě.

Obecně je pracovním principem baterie proces migrace iontů a přenosu elektronů.

Princip rychlého nabíjení baterie

Jak je tedy v tomto vědeckém výzkumu dosaženo rychlého nabíjení baterie?

 

1. Rozšiřte kanály pro přenos iontů

 

Jak bylo uvedeno výše, proces nabíjení a vybíjení zinko-iontových baterií je procesem nepřetržité migrace iontů. Pokud chcete uložit co největší kapacitu baterie v krátkém čase, musíte vytvořit velký úložný prostor pro ionty zinku.

 

Nejprve se vědci zaměřili na vrstvené materiály oxidu vanadičného s nastavitelnou prostorovou strukturou. Vrstvený materiál oxidu vanadičného je strukturován, jako by byl uspořádán více paralelními deskami. Aby se zvětšila vzdálenost vrstev vrstveného katodového materiálu, mohou být předem interkalovány větší amonné ionty. To znamená přidat několik pilířů mezi tyto vrstvy předem, aby se zvětšila vzdálenost vrstev.

 

S podporou amonných iontů mohou ionty zinku snadněji migrovat v materiálu kladné elektrody a větší mezivrstvový prostor může také účinně zlepšit kapacitu akumulátoru akumulovat energii.

 

 

2. Od úpravy obsazení orbity k urychlení přenosu elektronů

Je důležité vědět, že proces ukládání energie baterie úzce souvisí s migrací iontů a přenosem elektronů. Když ionty zinku vstoupí do vrstvy materiálu katody za účelem uložení, některé elektrony budou také přeneseny do materiálu katody, aby se udržela celková rovnováha náboje. Proto je také velmi důležité studovat vliv interkalovaných iontů na elektronovou strukturu vrstvených materiálů.

 

Konvenční testovací metody je však obtížné jasně prozkoumat vnitřní atomové a elektronické struktury materiálů. Proto jsou pro detekci zapotřebí pokročilejší techniky charakterizace synchrotronového záření. Jednoduše řečeno, technologii synchrotronového záření lze chápat jako vylepšenou verzi „super mikroskopu“, využívající jeho vysokou jasnost a širokopásmové charakteristiky k vidění vnitřní struktury hmoty.

Pomocí této techniky vědci zkoumali změny obsazení atomové orbity v materiálu oxidu vanadičného po vložení pilířů amonných iontů mezi vrstvy a reverzibilní vývoj procesu nabíjení a vybíjení.

 

Zde nejprve představíme základní koncept elektronické struktury.

 

U prvků s mimojadernými elektrony nejsou jejich elektrony nepřehledné, ale uspořádané na drahách. Navíc elektrony vždy nejprve obsazují nižší energetické orbitaly, tedy jádra ve středu, uspořádaná zevnitř ven.

 

U vanadu je jeho uspořádání valenčních elektronů znázorněno níže, s pěti valenčními elektrony ve vnější vrstvě. V oxidu vanadičném je všech pět elektronů použito pro vazbu s atomy kyslíku. V tomto bodě je 3d orbital vanadu prázdný orbital, který není obsazený elektrony.

 

 

3. Dvojí regulace krystalové struktury a elektronické struktury umožňuje rychlé nabíjení a stabilní cyklus ve skutečnost

Při použití tohoto nového katodového materiálu dosahuje zn-iontová baterie kapacity 101mAh/g při proudové hustotě 200C a nabití trvá pouze 18s. Vodní elektrolyt zároveň zajišťuje bezpečnost cirkulačního procesu a snižuje znečištění životního prostředí.

 

V tomto článku jsou rozmístění vrstev a orbitální stav obsazení vrstvených materiálů navrženy a regulovány z krystalové struktury a elektronické struktury materiálů. Současně v kombinaci s pokročilými prostředky pro charakterizaci synchrotronového záření je vývoj struktury materiálu intuitivnější a jasnější, takže je možný materiál kladné elektrody s charakteristikami rychlého nabíjení.

 

Možná v blízké budoucnosti mohou být takové materiály použity v elektronických produktech a dokonce i ve veřejné dopravě. Výrazné zkrácení doby nabíjení může učinit životy lidí efektivnějšími a pohodlnějšími; Bezpečné a čisté materiály baterií mohou také snížit zátěž pro životní prostředí. Věřte, že technologie ten den neublíží.