Täysi lataus 18 sekunnissa? ! Enää ei tarvitse huolehtia kotoa lähtemisestä ja akun loppumisesta...

Akkua energialähteenä käyttävät matkapuhelimet, tietokoneet, tabletit jne. ovat tulleet osaksi elämäämme, ja yhä useammat ihmiset alkavat kärsiä "sähköahdistuksesta", samalla kun uusien energiaajoneuvojen suosio on kiihtynyt. vaikeutti pitkien akkujen lataamista – nopeammin! Lataa akku hieman nopeammin! Tästä tuli kaikkien yhteinen toive.

Se toive voi pian toteutua. Äskettäin Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston National Synchrotron Radiation Laboratoryn professorin Song Lin tiimi kehitti akun, jossa on nopea latauskyky.

 

Tänään puhumme lisää tästä tutkimuksesta.

 

Litiumioniakku on laajalti tunnustettu energian varastointilaite. Korkean energiatiheyden ja laajan käyttölämpötila-alueen etujen ansiosta litiumioniakut ovat käyttäneet suurimman osan kaupallisista akuista. Käytetyllä orgaanisella elektrolyytillä on kuitenkin tiettyä haittaa ihmiskeholle, ja litiumresurssien puute johtaa akkumarkkinoiden pulaan tulevaisuudessa.

 

Sinkki-ioniakulla, uutena lahjakkuutena energian varastoinnin alalla, ei ole vain korkea teoreettinen energiatiheys, vaan siinä on myös myrkytön vesielektrolyytti, mikä varmistaa turvallisen ja tehokkaan tuotannon ja käytön. Lisäksi halvat ja runsaat sinkkiresurssit vähentävät myös huomattavasti akun käytön kustannuksia, ja niiden odotetaan tulevan potentiaalinen korvaaminen litiumioniakuille tulevaisuudessa.

Vaikka materiaalien käytössä on monia eroja, sinkki-ioniakkujen ja litiumioniakkujen käyttötila lataus- ja purkausprosessissa on hyvin samanlainen.

 

Akun katodimateriaali on usein kerrostettu: akun purkausprosessin aikana katodimateriaalin kerrokseen upotetaan litiumioneja (tai sinkki-ioneja) varastointia varten; Akun latausprosessin aikana litiumionit (tai sinkki-ionit) karkaavat positiivisesta materiaalikerroksesta ja palaavat negatiiviselle elektrodille.

Yleensä akun toimintaperiaate on ionien kulkeutuminen ja elektronien siirto.

Akun nopean latauksen periaate

Joten kuinka nopea lataus akku saavutetaan tässä tieteellisessä tutkimuksessa?

 

1. Laajenna ioninkuljetuskanavia

 

Kuten edellä mainittiin, sinkki-ioni-akkujen lataus- ja purkuprosessi on jatkuva ionien kulkeutuminen. Jos haluat tallentaa mahdollisimman paljon akkukapasiteettia lyhyessä ajassa, sinun on luotava suuri säilytystila sinkki-ioneille.

 

Ensinnäkin tutkijat keskittyivät kerroksellisiin vanadiinipentoksidimateriaaleihin, joissa on säädettävä tilarakenne. Kerrostettu vanadiinipentoksidimateriaali on rakenteeltaan ikään kuin se olisi järjestetty useisiin yhdensuuntaisiin levyihin. Kerrostetun katodimateriaalin kerrosvälin lisäämiseksi voidaan esiinterkaloida suurempia ammoniumioneja. Tämä lisää pylväitä näiden kerrosten väliin etukäteen kerrosten etäisyyden lisäämiseksi.

 

Ammoniumionien tuella sinkki-ionit voivat kulkeutua helpommin positiivisessa elektrodimateriaalissa, ja suurempi välikerrostila voi myös parantaa tehokkaasti akun energian varastointikapasiteettia.

 

 

2. Orbitaalin toiminnan säätämisestä elektroninsiirron kiihdyttämiseen

On tärkeää tietää, että akun energian varastointiprosessi liittyy läheisesti ionien kulkeutumiseen ja elektronien siirtoon. Kun sinkki-ionit saapuvat katodimateriaalikerrokseen varastointia varten, osa elektroneista siirtyy myös katodimateriaaliin kokonaisvaraustasapainon ylläpitämiseksi. Siksi on myös erittäin tärkeää tutkia interkaloituneiden ionien vaikutusta kerrosmateriaalien elektronirakenteeseen.

 

Perinteisillä testausmenetelmillä materiaalien sisäisiä atomi- ja elektronirakenteita on kuitenkin vaikea selvittää selkeästi. Siksi havaitsemiseen tarvitaan kehittyneempiä synkrotronisäteilyn karakterisointitekniikoita. Yksinkertaisesti sanottuna synkrotronisäteilytekniikka voidaan ymmärtää "supermikroskoopin" parannelluksi versioksi, joka käyttää sen suurta kirkkautta ja laajakaistaominaisuuksia nähdäkseen aineen sisäisen rakenteen.

Tämän tekniikan avulla tutkijat tutkivat atomien kiertoradan miehityksen muutoksia vanadiinipentaoksidimateriaalissa sen jälkeen, kun ammoniumionipilarit oli asetettu kerrosten väliin, sekä lataus- ja purkausprosessin palautuvaa kehitystä.

 

Tässä esittelemme ensin elektronisen rakenteen peruskäsitteen.

 

Elementtien, joissa on ytimen ulkopuolisia elektroneja, elektronit eivät ole sekavia, vaan ne on järjestetty kiertoradalle. Lisäksi elektronit miehittävät aina ensin alemman energian kiertoradat, eli ytimet keskustassa, jotka on järjestetty sisältä ulospäin.

 

Vanadiinin valenssielektronijärjestely on esitetty alla, ja ulkokerroksessa on viisi valenssielektronia. Vanadiinipentoksidissa kaikkia viittä elektronia käytetään sitoutumaan happiatomeihin. Tässä vaiheessa vanadiinin 3d-kiertorata on tyhjä kiertorata, joka ei ole elektronien käytössä.

 

 

3. Kiderakenteen ja elektronisen rakenteen kaksoissäätö tekee nopeasta latauksesta ja vakaasta syklistä totta

Uutta katodimateriaalia käytettäessä zn-ioni-akku saavuttaa 101 mAh/g kapasiteetin 200 C:n virrantiheydellä ja lataus kestää vain 18 sekuntia. Samalla vesielektrolyytti varmistaa myös kiertoprosessin turvallisuuden ja vähentää ympäristön saastumista.

 

Tässä artikkelissa kerrostettujen materiaalien kerrosvälit ja kiertoradan käyttötila on suunniteltu ja säädetty materiaalien kiderakenteesta ja elektronisesta rakenteesta. Samaan aikaan yhdistettynä edistyneisiin synkrotronisäteilyn karakterisointivälineisiin materiaalirakenteen kehitys on intuitiivisempaa ja selkeämpää, joten positiivinen elektrodimateriaali, jolla on nopeat latausominaisuudet, on mahdollista.

 

Ehkä lähitulevaisuudessa tällaisia ​​materiaaleja voidaan käyttää elektroniikkatuotteissa ja jopa julkisessa liikenteessä. Latausajan merkittävä lyhentäminen voi tehdä ihmisten elämästä tehokkaampaa ja mukavampaa; Turvalliset ja puhtaat akkumateriaalit voivat myös vähentää ympäristön kuormitusta. Usko, että teknologia tekee siitä päivästä kaukana.