石墨烯泡沫;superatoms;高容量阴极。
石墨烯泡沫设备
莱斯大学的科学家开发了一种方法用于构建导电,三维物体石墨烯泡沫,他们说可以提供新的能源储存和柔性电子传感器应用的可能性。
同一实验室最初创建激光石墨烯,或闲逛,在2014年。这个过程包括用激光加热便宜的聚酰亚胺塑料布。激光烧伤中途塑料和顶部变成相互连接片的2 d碳连着下半部。闲逛在室温下可以在宏观尺度模式。
新方法是基于叠层对象制造、材料层的组装,然后切的形状。在这种情况下,闲逛层底部仍附在聚酰亚胺基地。第二个层是涂以乙二醇和摊牌放在第一。聚酰亚胺是然后烧成石墨烯;重复这个过程直到块完成。
乙二醇粘合剂是蒸发掉了热板,并在炉可以删除任何剩余的聚酰亚胺。原始树叶,海绵状的碳块,大米Duy宣陈德良说研究生。研究者叠加到5层的泡沫,然后使用一个定制的光纤激光系统修改3 d打印机将块磨成复杂的形状。
大米研究生Duy宣陈德良暂停三维块激光石墨烯在两个柳树。实验室使用的工业激光将廉价的聚酰亚胺泡沫塑料为石墨烯在室温下,然后结合表生产轻,三维石墨烯导电。(来源:莱斯大学)
为了证明石墨烯块的可能性,这个团队概念验证锂离子电容器组装3 d作为阳极和阴极闲逛。阳极的重量容量354毫安时每克接近石墨的理论极限,而阴极的能力超过其他碳材料的平均能力。完整的测试细胞保留约70%的容量在970年之后的充放电循环。
“这是在这些新一代锂离子电容器性能优良,捕捉最好的锂离子电池的特性和电容式混合动力车,”詹姆斯说,化学家大米。
研究人员还一块3 d闲逛注射了液体聚二甲硅氧烷通过其20到30 nm毛孔。这创造了一个更强的,仍然具备灵活性,导电材料在不改变原泡沫的形状。从这种材料,他们犯了一个灵活的传感器,准确记录脉冲从志愿者的手腕。团队说进一步校准设备将让他们从脉冲波形中提取的血压。
创建superatoms
弗吉尼亚联邦大学的研究人员发现了一种新的策略来创建superatoms——原子的组合可以模仿超过一组的属性的元素周期表。
形成superatoms可以提供或接受多个电子,同时保持结构稳定性是一个关键的要求创建更好的电池或半导体,英联邦Shiv Khanna说物理学教授和部门的主席。superatoms的能力有效地移动指控而保持完好的是归因于他们如何模拟多个组元素的属性。
目前,碱原子,形成的第一列元素周期表,是捐赠电子的最优选择。这些天然原子要求低的能量贡献一个电子。然而,捐赠超过一个电子需要非常高的能量。
原子的过程开发的团队允许集群捐赠或接收多个电子使用低水平的能量。
尽管这些superatoms已经,没有这样做有效的指导理论。研究小组推测,有机配体,分子结合的金属原子来保护和稳定,可以提高电子能级的前提下的交换。
工作中,研究人员使用组集群和硼,铝碳、硅和磷、搭配有机配体。通过计算分析,他们展示了集群将使用更少能源比元素钫贡献一个电子,最强的天然碱性捐赠者。
“我们可以利用配体采取任何集群的原子和把它变成电子供体或受体。我们可以形成电子给体,比任何元素周期表上发现的,”Khanna说。”的可能性,这些构建块可以接受多个指控或捐献多个费用最终将有广泛的应用在电子产品。”
高容量阴极
马里兰大学的科学家,美国能源部布鲁克海文国家实验室和美国陆军研究实验室开发了一个新的阴极材料可能三电极的锂离子电池的能量密度。
新型阴极材料是修改和设计形式的三氟化铁(FeF3),由铁、氟、成本效益和环保元素。研究人员一直在使用化合物感兴趣喜欢FeF3在锂离子电池,因为他们本质上提供更高的能力比传统的阴极材料。
”相比,商业的大容量锂离子电池用石墨阳极,阴极的容量有限得多。阴极材料总是瓶颈进一步提高锂离子电池的能量密度,”科学家UMD Xiulin粉丝说。
“锂离子电池中使用的材料通常是基于夹层化学,”胡Enyuan说,布鲁克海文国家实验室的化学家。“这种类型的化学反应非常有效;然而,它只传输一个电子,所以阴极容量是有限的。一些化合物如FeF3能够将多个电子通过一个更复杂的反应机理,称为转换反应。”
尽管FeF3增加阴极容量的潜力,化合物没有历史上曾在锂离子电池由于其转换反应三种并发症:可怜的能源效率(滞后),缓慢的反应速率和副反应,会导致贫穷的循环寿命。为了克服这些挑战,科学家们添加钴和氧原子FeF3纳米棒通过化学替换。这使得科学家们操纵反应途径和使它更可逆的。
用阴极材料与氧气和防止锂钴打破化学键和保留了材料的结构。(来源:布鲁克海文国家实验室)
调查的反应途径和评估功能材料,研究小组利用透射电子显微镜以及国家同步光源二世的x射线粉末衍射(XPD) beamline。
“我们也执行先进的基于密度泛函理论计算方法破译原子尺度的反应机理,“小霁说,科学家UMD格式。”这种方法显示,化学置换反应转移到一个高度可逆的国家通过减少铁的粒度和稳定rocksalt阶段。”
团队说这种研究策略可以适用于其他高能源转换材料,和未来研究可能使用的方法来提高其他电池系统。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
留下一个回复