Full lading på 18 sekunder? ! Ikke mer å bekymre deg for å forlate huset og gå tom for batteri...

Mobiltelefoner, datamaskiner, nettbrett osv. som bruker batterier som energikilder har blitt en del av livene våre, og flere og flere begynner å lide av "elektrisitetsangst", samtidig har den økende populariteten til nye energikjøretøyer. gjorde det stadig vanskeligere for folk å lade lange batterier – raskere! Lad batteriet litt raskere! Dette ble det felles ønske for alle.

Det ønsket kan snart gå i oppfyllelse. Nylig utviklet teamet til Song Li, en professor ved National Synchrotron Radiation Laboratory ved University of Science and Technology of China, et batteri med hurtigladingsevne.

 

I dag skal vi snakke mer om denne forskningen.

 

Litium-ion-batteri er en anerkjent energilagringsenhet. Med fordelene med høy energitetthet og bredt driftstemperaturområde, har litium-ion-batterier okkupert det store flertallet av kommersielle batterier. Imidlertid har den organiske elektrolytten som brukes en viss skade på menneskekroppen, og mangel på litiumressurser vil føre til mangel på batterimarked i fremtiden.

 

Sinkionbatteriet, som et nytt talent innen energilagringsfeltet, har ikke bare en høy teoretisk energitetthet, men har også en ikke-giftig vannelektrolytt, noe som sikrer sikker og effektiv produksjon og bruk. I tillegg, billige og rikelig sink ressurser også redusere kostnadene ved batteribruk, forventes å bli en potensiell erstatning for litium-ion-batterier i fremtiden.

Selv om det er mange forskjeller i bruken av materialer, er arbeidstilstanden til sink-ion-batterier og litium-ion-batterier i lade- og utladingsprosessen svært lik.

 

Katodematerialet til batteriet er ofte lagdelt: under utladningsprosessen til batteriet vil litiumioner (eller sinkioner) være innebygd i laget av katodematerialet for lagring; Under ladeprosessen til batteriet vil litiumioner (eller sinkioner) unnslippe fra det positive materiallaget og returnere til den negative elektroden.

Generelt er arbeidsprinsippet til batteriet en prosess med ionemigrering og elektronoverføring.

Prinsippet om rask batterilading

Så i denne vitenskapelige forskningen, hvordan oppnås det hurtigladende batteriet?

 

1. Utvide ionetransportkanaler

 

Som nevnt ovenfor er lade- og utladingsprosessen til sink-ion-batterier en prosess med kontinuerlig ionemigrering. Skal du lagre så mye batterikapasitet som mulig på kort tid, må du lage en stor lagringsplass for sinkioner.

 

Først fokuserte forskerne på lagdelte vanadiumpentoksidmaterialer med justerbar romlig struktur. Det lagdelte vanadiumpentoksidmaterialet er strukturert som om det var arrangert av flere parallelle plater. For å øke lagavstanden til det lagdelte katodematerialet, kan større ammoniumioner pre-interkaleres. Dette for å legge noen søyler mellom disse lagene på forhånd for å øke lagavstanden.

 

Med støtte fra ammoniumioner kan sinkioner lettere migrere i det positive elektrodematerialet, og det større mellomlagsrommet kan også effektivt forbedre energilagringskapasiteten til batteriet.

 

 

2. Fra å justere orbital okkupasjon til å akselerere elektronoverføring

Det er viktig å vite at energilagringsprosessen til batteriet er nært knyttet til ionemigrasjon og elektronoverføring. Når sinkioner kommer inn i katodemateriallaget for lagring, vil noen elektroner også overføres til katodematerialet for å opprettholde den totale ladningsbalansen. Derfor er det også veldig viktig å studere påvirkningen av interkalerte ioner på den elektroniske strukturen til lagdelte materialer.

 

Imidlertid er konvensjonelle testmetoder vanskelige å tydelig utforske de interne atomære og elektroniske strukturene til materialer. Derfor er mer avanserte synkrotronstrålingskarakteriseringsteknikker nødvendig for deteksjon. Enkelt sagt kan synkrotronstrålingsteknologi forstås som en forbedret versjon av "supermikroskopet", som bruker dets høye lysstyrke og brede båndkarakteristikk for å se den indre strukturen til materie.

Ved å bruke denne teknikken undersøkte forskerne endringene i atomorbital okkupasjon i vanadiumpentaoksidmaterialet etter innsetting av ammoniumione-søyler mellom lag og den reversible utviklingen av prosessen med ladning og utladning.

 

Her introduserer vi først det grunnleggende konseptet elektronisk struktur.

 

For elementer med ekstranukleære elektroner er elektronene deres ikke rotete, men ordnet i baner. Dessuten okkuperer elektronene alltid de lavere energiorbitalene først, det vil si kjernene i sentrum, arrangert fra innsiden og ut.

 

For vanadium er dets valenselektronarrangement vist nedenfor, med fem valenselektroner i det ytre laget. I vanadiumpentoksid brukes alle fem elektronene til å binde seg til oksygenatomer. På dette tidspunktet er 3d-banen til vanadium den tomme orbitalen som ikke er okkupert av elektroner.

 

 

3. Den doble reguleringen av krystallstruktur og elektronisk struktur gjør hurtiglading og stabil syklus til virkelighet

Ved bruk av dette nye katodematerialet oppnår zn-ion-batteriet en kapasitet på 101mAh/g ved en strømtetthet på 200C, og ladningen tar bare 18s. Samtidig sørger vannelektrolytten også for sikkerheten til sirkulasjonsprosessen og reduserer forurensningen til miljøet.

 

I denne artikkelen er lagavstanden og orbital okkupasjonstilstanden til de lagdelte materialene designet og regulert fra krystallstrukturen og den elektroniske strukturen til materialene. Samtidig, kombinert med de avanserte synkrotronstrålingskarakteriseringsmidlene, er utviklingen av materialstrukturen mer intuitiv og tydelig, slik at det positive elektrodematerialet med raske ladeegenskaper er mulig.

 

Kanskje i nær fremtid kan slike materialer brukes i elektroniske produkter, og til og med offentlig transport. Den betydelige reduksjonen i ladetid kan gjøre folks liv mer effektivt og praktisk; Trygge og rene batterimaterialer kan også redusere belastningen på miljøet. Tror at teknologien vil gjøre den dagen ikke langt unna.