O încărcare completă în 18 secunde? ! Nu vă mai faceți griji că plecați din casă și rămâneți fără baterie...

Telefoanele mobile, computerele, tabletele etc. care folosesc bateriile ca surse de energie au devenit parte din viața noastră și tot mai mulți oameni încep să sufere de „anxietate legată de electricitate”, în același timp, popularitatea accelerată a vehiculelor cu energie nouă a avut a făcut din ce în ce mai dificil pentru oameni să încarce bateriile lungi - mai rapid! Încărcați bateria puțin mai repede! Aceasta a devenit dorința comună a tuturor.

Această dorință s-ar putea să se împlinească în curând. Recent, echipa lui Song Li, profesor la Laboratorul Național de Radiații Sincrotron de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China, a dezvoltat o baterie cu capacitate de încărcare rapidă.

 

Astăzi vom vorbi mai multe despre această cercetare.

 

Bateria litiu-ion este un dispozitiv de stocare a energiei recunoscut pe scară largă. Cu avantajele densității mari de energie și a unui interval larg de temperatură de funcționare, bateriile litiu-ion au ocupat marea majoritate a bateriilor comerciale. Cu toate acestea, electrolitul organic folosit are un anumit rău pentru corpul uman, iar deficitul de resurse de litiu va duce la lipsa pieței bateriilor în viitor.

 

Bateria zinc-ion, ca un nou talent în domeniul stocării energiei, nu numai că are o densitate teoretică mare de energie, dar are și un electrolit de apă netoxic, asigurând o producție și o aplicare sigură și eficientă. În plus, resursele de zinc ieftine și abundente, de asemenea, reduc foarte mult costul de utilizare a bateriei, este de așteptat să devină un potențial înlocuitor pentru bateriile litiu-ion în viitor.

Chiar dacă există multe diferențe în utilizarea materialelor, starea de funcționare a bateriilor zinc-ion și a bateriilor litiu-ion în procesul de încărcare și descărcare este foarte asemănătoare.

 

Materialul catodic al bateriei este adesea stratificat: în timpul procesului de descărcare a bateriei, ionii de litiu (sau ionii de zinc) vor fi încorporați în stratul de material catodic pentru depozitare; În timpul procesului de încărcare a bateriei, ionii de litiu (sau ionii de zinc) vor scăpa din stratul de material pozitiv și vor reveni la electrodul negativ.

În general, principiul de funcționare al bateriei este un proces de migrare a ionilor și transfer de electroni.

Principiul încărcării rapide a bateriei

Deci, în această cercetare științifică, cum se obține bateria de încărcare rapidă?

 

1. Lărgiți canalele de transport ionic

 

După cum sa menționat mai sus, procesul de încărcare și descărcare a bateriilor cu ioni de zinc este un proces de migrare continuă a ionilor. Dacă doriți să stocați cât mai multă capacitate a bateriei într-o perioadă scurtă de timp, trebuie să creați un spațiu mare de depozitare pentru ionii de zinc.

 

În primul rând, cercetătorii s-au concentrat pe materiale stratificate de pentoxid de vanadiu cu structură spațială reglabilă. Materialul pentoxid de vanadiu stratificat este structurat ca și cum ar fi aranjat de mai multe plăci paralele. Pentru a mări distanța dintre straturile materialului catodic stratificat, ionii de amoniu mai mari pot fi pre-intercalați. Aceasta este pentru a adăuga niște stâlpi între aceste straturi în avans pentru a crește distanța dintre straturi.

 

Cu sprijinul ionilor de amoniu, ionii de zinc pot migra mai ușor în materialul electrodului pozitiv, iar spațiul mai mare interstrat poate îmbunătăți eficient capacitatea de stocare a energiei bateriei.

 

 

2. De la ajustarea ocupației orbitale la accelerarea transferului de electroni

Este important de știut că procesul de stocare a energiei al bateriei este strâns legat de migrarea ionilor și transferul de electroni. Când ionii de zinc intră în stratul de material catodic pentru stocare, unii electroni vor fi, de asemenea, transferați în materialul catodic pentru a menține echilibrul general al sarcinii. Prin urmare, este, de asemenea, foarte important să se studieze influența ionilor intercalați asupra structurii electronice a materialelor stratificate.

 

Cu toate acestea, metodele convenționale de testare sunt dificil de explorat în mod clar structurile atomice și electronice interne ale materialelor. Prin urmare, sunt necesare tehnici mai avansate de caracterizare a radiației sincrotron pentru detectare. Mai simplu spus, tehnologia radiației sincrotron poate fi înțeleasă ca o versiune îmbunătățită a „super-microscopului”, folosind luminozitatea ridicată și caracteristicile benzii largi pentru a vedea structura internă a materiei.

Folosind această tehnică, cercetătorii au investigat modificările ocupației orbitale atomice în materialul pentaoxid de vanadiu după inserarea stâlpilor de ioni de amoniu între straturi și evoluția reversibilă a procesului de încărcare și descărcare.

 

Aici introducem mai întâi conceptul de bază al structurii electronice.

 

Pentru elementele cu electroni extranucleari, electronii lor nu sunt aglomerați, ci dispuși pe orbite. Mai mult, electronii ocupă întotdeauna mai întâi orbitalii de energie inferioară, adică nucleii din centru, dispuși din interior spre exterior.

 

Pentru vanadiu, aranjamentul electronilor de valență este prezentat mai jos, cu cinci electroni de valență în stratul exterior. În pentoxidul de vanadiu, toți cei cinci electroni sunt folosiți pentru a se lega cu atomii de oxigen. În acest moment, orbitalul 3d al vanadiului este orbitalul gol care nu este ocupat de electroni.

 

 

3. Reglarea duală a structurii cristaline și a structurii electronice face ca încărcarea rapidă și ciclul stabil să devină realitate

Când se folosește acest nou material catodic, bateria zn-ion atinge o capacitate de 101mAh/g la o densitate de curent de 200C, iar încărcarea durează doar 18s. În același timp, electrolitul de apă asigură și siguranța procesului de circulație și reduce poluarea mediului.

 

În această lucrare, distanța dintre straturi și starea de ocupare orbitală a materialelor stratificate sunt proiectate și reglementate din structura cristalină și structura electronică a materialelor. În același timp, combinat cu mijloacele avansate de caracterizare a radiației sincrotron, evoluția structurii materialului este mai intuitivă și mai clară, astfel încât materialul electrod pozitiv cu caracteristici de încărcare rapidă este posibil.

 

Poate că în viitorul apropiat, astfel de materiale pot fi folosite în produse electronice și chiar în transportul public. Reducerea semnificativă a timpului de încărcare poate face viața oamenilor mai eficientă și mai convenabilă; Materialele sigure și curate ale bateriei pot reduce, de asemenea, povara asupra mediului. Credeți că tehnologia va face ca ziua aceea să nu fie departe.