Plné nabitie za 18 sekúnd? ! Už sa nemusíte obávať odchodu z domu a vybitia batérie...

Mobilné telefóny, počítače, tablety atď., ktoré využívajú batérie ako zdroje energie, sa stali súčasťou našich životov a čoraz viac ľudí začína trpieť „úzkosťou z elektrickej energie“, zároveň sa zvyšuje popularita nových energetických vozidiel. pre ľudí bolo čoraz ťažšie nabíjať dlhé batérie – rýchlejšie! Nabite batériu o niečo rýchlejšie! To sa stalo spoločným želaním všetkých.

Toto želanie sa môže čoskoro splniť. Nedávno tím Song Li, profesora z Národného laboratória synchrotrónového žiarenia na Čínskej univerzite vedy a technológie, vyvinul batériu so schopnosťou rýchleho nabíjania.

 

Dnes si o tomto výskume povieme viac.

 

Lítium-iónová batéria je všeobecne uznávaným zariadením na ukladanie energie. Vďaka výhodám vysokej hustoty energie a širokému rozsahu prevádzkových teplôt obsadili lítium-iónové batérie veľkú väčšinu komerčných batérií. Použitý organický elektrolyt však do určitej miery poškodzuje ľudské telo a nedostatok zdrojov lítia povedie v budúcnosti k nedostatku trhu s batériami.

 

Zinkovo-iónová batéria, ako nový talent v oblasti skladovania energie, má nielen vysokú teoretickú hustotu energie, ale má aj netoxický vodný elektrolyt, ktorý zaisťuje bezpečnú a efektívnu výrobu a aplikáciu. Okrem toho, lacné a bohaté zdroje zinku tiež výrazne znižujú náklady na používanie batérií a očakáva sa, že sa v budúcnosti stanú potenciálnou náhradou za lítium-iónové batérie.

Aj keď existuje veľa rozdielov v použití materiálov, pracovný stav zinkovo-iónových batérií a lítium-iónových batérií v procese nabíjania a vybíjania je veľmi podobný.

 

Katódový materiál batérie je často vrstvený: počas procesu vybíjania batérie budú lítiové ióny (alebo ióny zinku) vložené do vrstvy katódového materiálu na uskladnenie; Počas procesu nabíjania batérie budú lítiové ióny (alebo ióny zinku) unikať z kladnej vrstvy materiálu a vracať sa k zápornej elektróde.

Vo všeobecnosti je pracovným princípom batérie proces migrácie iónov a prenosu elektrónov.

Princíp rýchleho nabíjania batérie

Ako sa teda v tomto vedeckom výskume dosiahne rýchle nabíjanie batérie?

 

1. Rozšírte kanály prenosu iónov

 

Ako bolo uvedené vyššie, proces nabíjania a vybíjania zinkovo-iónových batérií je proces nepretržitej migrácie iónov. Ak chcete uložiť čo najväčšiu kapacitu batérie v krátkom čase, musíte vytvoriť veľký úložný priestor pre ióny zinku.

 

Najprv sa vedci zamerali na vrstvené materiály oxidu vanadičného s nastaviteľnou priestorovou štruktúrou. Vrstvený materiál oxidu vanadičného je štruktúrovaný, ako keby bol usporiadaný viacerými paralelnými doskami. Aby sa zväčšil rozstup vrstiev vrstveného katódového materiálu, môžu sa vopred interkalovať väčšie amónne ióny. To znamená pridať medzi tieto vrstvy vopred niekoľko stĺpikov, aby sa zväčšila vzdialenosť medzi vrstvami.

 

S podporou amónnych iónov môžu ióny zinku ľahšie migrovať v materiáli kladnej elektródy a väčší medzivrstvový priestor môže tiež účinne zlepšiť kapacitu batérie na uchovávanie energie.

 

 

2. Od úpravy obsadenia orbity až po zrýchlenie prenosu elektrónov

Je dôležité vedieť, že proces skladovania energie batérie úzko súvisí s migráciou iónov a prenosom elektrónov. Keď ióny zinku vstúpia do vrstvy materiálu katódy na uskladnenie, niektoré elektróny sa tiež prenesú do materiálu katódy, aby sa udržala celková rovnováha náboja. Preto je tiež veľmi dôležité študovať vplyv interkalovaných iónov na elektrónovú štruktúru vrstvených materiálov.

 

Bežné testovacie metódy je však ťažké jasne preskúmať vnútorné atómové a elektronické štruktúry materiálov. Preto sú na detekciu potrebné pokročilejšie techniky charakterizácie synchrotrónového žiarenia. Zjednodušene povedané, technológiu synchrotrónového žiarenia možno chápať ako vylepšenú verziu „super mikroskopu“, využívajúcu jeho vysoký jas a širokopásmové charakteristiky na videnie vnútornej štruktúry hmoty.

Pomocou tejto techniky výskumníci skúmali zmeny obsadenia atómovej orbity v materiáli oxidu vanadičného po vložení pilierov amónnych iónov medzi vrstvy a reverzibilný vývoj procesu nabíjania a vybíjania.

 

Tu najprv predstavíme základný koncept elektronickej štruktúry.

 

Pre prvky s mimojadrovými elektrónmi nie sú ich elektróny preplnené, ale usporiadané na obežných dráhach. Okrem toho elektróny vždy najprv obsadia nižšie energetické orbitály, to znamená jadrá v strede, usporiadané zvnútra von.

 

Pre vanád je jeho usporiadanie valenčných elektrónov znázornené nižšie s piatimi valenčnými elektrónmi vo vonkajšej vrstve. V oxide vanadičnom sa všetkých päť elektrónov používa na väzbu s atómami kyslíka. V tomto bode je 3d orbitál vanádu prázdnym orbitálom, ktorý nie je obsadený elektrónmi.

 

 

3. Dvojitá regulácia kryštálovej štruktúry a elektronickej štruktúry umožňuje rýchle nabíjanie a stabilný cyklus

Pri použití tohto nového katódového materiálu dosahuje zn-iónová batéria kapacitu 101mAh/g pri prúdovej hustote 200C a nabitie trvá len 18s. Vodný elektrolyt zároveň zaisťuje bezpečnosť cirkulačného procesu a znižuje znečistenie životného prostredia.

 

V tomto článku sú rozmiestnenie vrstiev a orbitálny stav obsadenia vrstvených materiálov navrhnuté a regulované z kryštálovej štruktúry a elektronickej štruktúry materiálov. Súčasne v kombinácii s pokročilými prostriedkami na charakterizáciu synchrotrónového žiarenia je vývoj štruktúry materiálu intuitívnejší a jasnejší, takže je možný materiál kladnej elektródy s rýchlymi nabíjacími charakteristikami.

 

Možno v blízkej budúcnosti budú takéto materiály použité v elektronických produktoch a dokonca aj vo verejnej doprave. Výrazné skrátenie doby nabíjania môže zefektívniť a zjednodušiť život ľudí; Bezpečné a čisté materiály batérií môžu tiež znížiť zaťaženie životného prostredia. Verte, že vďaka technológiám ten deň nie je ďaleko.