Kuinka protonit voisivat virrata parempia vesipitoisia akkuja
Tutkimus osoittaa, kuinka vesipohjaisten akkujen liikkuvat protonit voivat tehdä niistä turvallisempia, nopeampia lataamiseen ja pystyy säilyttämään enemmän energiaa.
Pekingin yliopiston Shenzhen Graduate Schoolin tutkijat ovat löytäneet vesipitoisten akkujen suorituskyvyn parantamisen hallitsemalla protonien varastointia ja kuljetettavia.Tutkimus keskittyy vety sidosverkkotekniikkaan protonin kuljetuksen parantamiseksi-avain vesipitoisten paristojen tekemiseen käytännöllisempiin.Toisin kuin litium-ionijärjestelmät, vesipitoiset akut käyttävät vesipohjaisia elektrolyyttejä, mikä tekee niistä luonnollisesti turvallisempia.Niiden alempi energiatiheys on kuitenkin ollut merkittävä rajoitus.Protonit soveltuvat latauskuljettajille kevyen ja suuren liikkuvuuden vuoksi, mutta niiden monimutkainen kemia on vaikeuttanut niitä tehokkaasti.
Ryhmä havaitsi, että protonit liikkuvat grotthuss-tyyppisen mekanismin läpi-hylättäen vety sidosten välillä sen sijaan, että hajautettaisiin hitaasti kuin metalli-ionit.Tämä ”diffuusiovapaa” liike mahdollistaa paljon nopeamman latauskuljetuksen, mikä on merkittävä etu akun suorituskyvyn kannalta.
Näiden järjestelmien parantamiseksi tutkijat ehdottavat kolmea strategiaa vety-sidoksen verkkotekniikan avulla:
Elektrodisuunnittelu: Vesipitoisten tai vedettömien vety-sidosverkkojen upottaminen solid-state-materiaaleihin määritettyjen protonireittien luomiseksi.
Elektrolyyttien viritys: Happopitoisuuden säätäminen ja spesifisten anionien valitseminen protonin johtavuuden stabiloimiseksi ja parantamiseksi.
Liitäntätekniikka: Elektrodipintojen modifiointi-kuten esittelee hydroksyyli- (–OH) ja karboksyyli (–COOH) -ryhmät happiplasman kautta-muodostamaan protonien sillalta kanavia, jotka vähentävät varauksensiirtovastusta ja nopeuttavat reaktioita.
Nämä strategiat muodostavat selkeän kehyksen ymmärtää ja parantaa sitä, miten protonit käyttäytyvät vesipitoisissa järjestelmissä.
Protonit eroavat pohjimmiltaan litium- ja natriumioneista.Vaikka Li⁺ ja Na⁺ muodostavat jäykät ionisidokset kidehilassa, H⁺ muodostaa kovalenttisia H - O -sidoksia, jotka eivät integroitu tällaisiin kehyksiin.Tämä ero vaatii erilaisen suunnittelutavan - mutta myös avaa uusia mahdollisuuksia.
Käsittelemällä tätä haastetta tutkimuksessa luodaan perusta uuden sukupolven protonipohjaisten vesipitoisten akkujen kanssa.Nämä paristot voisivat yhdistää vesipohjaisten järjestelmien turvallisuuden laajamittaiseen varastointiin, kannettavaan elektroniikkaan ja sähköajoneuvoihin tarvittavaan suorituskykyyn.
