镁离子电池;看锂离子;化学反应。
镁离子电池
德州农工大学和其他人发现了一个新的金属氧化物镁电池阴极材料——技术承诺提供更高的能量存储密度比今天的传统锂离子电池(锂)。
镁离子电池技术是光明的。电池由一个阳极(负面)、阴极(积极的),电解质和分隔符。在一个简单的操作,离子从阳极和阴极运输。
在锂离子电池中,碳基材料的阳极。基于钴酸锂的化合物用于阴极在手机、笔记本电脑和其他产品。此外,电动汽车用锂离子电池。石墨用于阳极。阴极是基于与其他金属锂。例如,特斯拉使用一个基于锂电池nickel-cobalt-aluminum (NCA)混合。
这个问题?的安全性和这些材料的供应存在一些挑战。
寻找一个新的电池材料,来自德州农工大学和其他研究人员重新设计一个老的锂阴极材料,称为五氧化二钒。研究人员重新配置这些材料的原子。反过来,这提供了一个新的和不同的路径镁离子在细胞中旅行。
五氧化二钒也阻止了镁离子被困在材料,使最优charge-storing与微不足道的降解能力。
重新设计的亚稳相的五氧化二钒(V2O5)显示非凡的性能作为镁电池的阴极材料。(来源:贾斯汀安德鲁斯。)
镁离子电池技术有几个优点。”除了为使用者应用程序更安全,镁离子技术从根本上具有吸引力,因为每一个镁离子放弃两个电子/离子电荷——两次,而每一个锂离子放弃只有一个,”说,德州农工大学化学研究生和NASA空间技术研究员贾斯廷·安德鲁斯大学的网站。”这意味着,所有其他因素不谈,如果你可以存储尽可能多的镁材料储锂,你几乎立即双电池的容量。
“虽然这个研究提供了大量的洞察力,还有其他几个基本问题克服镁电池成为现实之前,”安德鲁说。”然而,这项工作将镁电池离现实更近一步——即一个现实,电池将会更便宜,更轻,更不允许采用更容易大面积电动汽车所需的格式和存储能量由太阳能和风能资源。”
看锂离子
使用x射线同步源,能源部SLAC国家加速器实验室研究了如何锂离子电池的导航。
在实验室中,研究人员检查发生了什么在几纳米电极的电池。一般来说,电解液分子卷曲成层。这些层直接站在锂离子的路径。离子穿过电解质,确定电池可以充电的速度。
在实验室中,研究人员用一种金属氧化物材料代表电极。然后,使用线性的斯坦福同步辐射光源(SSRL),研究人员聚焦x射线束表面的电极。他们分析了样本。研究人员发现,电解液中锂离子的浓度增加,层的安排变得更加有序。层也更远。
结果是让人吃惊的。“我们的假设是,如果你想提高锂离子运输,你想减少订单的数量的层,这意味着锂离子浓度减少而不是增加它,”Hans-Georg Steinruck说,博士后研究员,在线性的网站上。
“离子进入了电极的过程是非常重要的你如何快速充电电池和电池能持续多久,”迈克尔说托尼,一位著名的科学家在线性的斯坦福同步辐射光源,(SSRL)。“理解这是如何工作的纳米尺度的细节可以建议增加充电速度和效率的方法。”
说明电解质分子排列成层在几纳米电池电极。(来源:格雷格·斯图尔特/ SLAC国家加速器实验室)
化学反应
的Max-Planck-Institut迈进了一步了解原子结构电极和电解质之间的接口。
反过来,这将打开新的可能性在电池和其他产品的化学反应。先前的研究从别人有同样的发现。他们表明,表面的结构几乎没有接触液体电解质的变化。
的框架内说吧,联合研究计划的七个研究机构在德国,Max-Planck-Institut设计了一个半导体表面。表面被带进接触电解质。“我们完全惊讶地看到结构的形成,在缺乏水和不稳定也不观察,“米拉Todorova说,电化学、腐蚀组在研究机构。
Jorg Neugebauer集团教授补充说:“我们的模拟方法不仅使我们找到一个全新的和意想不到的现象,但也来识别潜在机制。这开辟了全新的可能性的形状和设计表面原子精度。”
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