Повний заряд за 18 секунд? ! Більше не потрібно турбуватися про те, що ви виходите з дому та розряджаєтеся акумулятор...

Стільникові телефони, комп’ютери, планшети тощо, які використовують батареї як джерело енергії, стали частиною нашого життя, і все більше і більше людей починають страждати від «електричної тривоги», в той же час, прискорення популярності нових транспортних засобів енергії людям стало важче заряджати довгі батареї - швидше! Заряджайте акумулятор трохи швидше! Це стало спільним бажанням усіх.

Це бажання може незабаром здійснитися. Нещодавно команда Сонг Лі, професора Національної лабораторії синхротронного випромінювання Університету науки і технологій Китаю, розробила батарею з можливістю швидкої зарядки.

 

Сьогодні ми докладніше поговоримо про це дослідження.

 

Літій-іонний акумулятор є загальновизнаним накопичувачем енергії. Завдяки високій щільності енергії та широкому діапазону робочих температур літій-іонні батареї займають переважну більшість комерційних батарей. Однак використовуваний органічний електроліт завдає певної шкоди організму людини, а дефіцит ресурсів літію призведе до дефіциту ринку акумуляторів у майбутньому.

 

Цинк-іонний акумулятор, як новий талант у галузі зберігання енергії, має не тільки високу теоретичну щільність енергії, але також має нетоксичний водний електроліт, що забезпечує безпечне та ефективне виробництво та застосування. Крім того, дешеві та рясні ресурси цинку також значно знижують вартість використання акумуляторів, очікується, що вони стануть потенційною заміною літій-іонним акумуляторам у майбутньому.

Хоча існує багато відмінностей у використанні матеріалів, робочий стан цинк-іонних і літій-іонних акумуляторів у процесі заряджання та розряджання дуже схожий.

 

Катодний матеріал батареї часто багатошаровий: під час процесу розряду батареї іони літію (або іони цинку) будуть вбудовані в шар катодного матеріалу для зберігання; Під час заряджання батареї іони літію (або іони цинку) виходять із позитивного шару матеріалу та повертаються до негативного електрода.

Загалом принцип роботи батареї полягає в процесі міграції іонів і перенесення електронів.

Принцип швидкої зарядки акумулятора

Отже, у цьому науковому дослідженні, як досягається швидка зарядка акумулятора?

 

1. Розширити канали транспорту іонів

 

Як зазначалося вище, процес заряджання та розряджання цинково-іонних акумуляторів є процесом безперервної міграції іонів. Якщо ви хочете зберегти якомога більшу ємність акумулятора за короткий проміжок часу, ви повинні створити великий простір для зберігання іонів цинку.

 

По-перше, дослідники зосередилися на шаруватих матеріалах з пентаоксиду ванадію з регульованою просторовою структурою. Шаруватий п’ятиокис ванадію структурований так, ніби він складається з кількох паралельних пластин. Щоб збільшити відстань між шарами шаруватого катодного матеріалу, більші іони амонію можуть бути попередньо інтеркаловані. Це необхідно для того, щоб заздалегідь додати кілька стовпів між цими шарами, щоб збільшити відстань між шарами.

 

Завдяки підтримці іонів амонію іони цинку можуть легше мігрувати в матеріалі позитивного електрода, а більший міжшаровий простір також може ефективно покращити ємність акумулятора для зберігання енергії.

 

 

2. Від регулювання зайнятості орбіти до прискорення переносу електронів

Важливо знати, що процес накопичення енергії в акумуляторі тісно пов’язаний з міграцією іонів і передачею електронів. Коли іони цинку потрапляють у шар катодного матеріалу для зберігання, деякі електрони також будуть перенесені в катодний матеріал для підтримки загального балансу заряду. Тому також дуже важливим є дослідження впливу інтеркальованих іонів на електронну структуру шаруватих матеріалів.

 

Однак за допомогою звичайних методів тестування важко чітко дослідити внутрішню атомну та електронну структуру матеріалів. Тому для виявлення потрібні більш досконалі методи визначення характеристик синхротронного випромінювання. Простіше кажучи, технологію синхротронного випромінювання можна розуміти як вдосконалену версію «супермікроскопа», яка використовує його високу яскравість і широку смугу, щоб побачити внутрішню структуру матерії.

Використовуючи цю техніку, дослідники досліджували зміни зайнятості атомної орбіталі в матеріалі пентаоксиду ванадію після вставлення стовпів іонів амонію між шарами та оборотну еволюцію процесу заряду та розряду.

 

Тут ми спочатку представимо основне поняття електронної структури.

 

Для елементів з позаядерними електронами їх електрони не захаращені, а розташовані по орбітах. Крім того, електрони завжди спочатку займають нижчі енергетичні орбіталі, тобто ядра в центрі, розташовані зсередини назовні.

 

Для ванадію розташування його валентних електронів показано нижче, з п’ятьма валентними електронами у зовнішньому шарі. У п'ятиокисі ванадію всі п'ять електронів використовуються для зв'язку з атомами кисню. У цей момент 3d-орбіталь ванадію є порожньою орбіталлю, яка не зайнята електронами.

 

 

3. Подвійне регулювання кристалічної структури та електронної структури забезпечує швидку зарядку та стабільний цикл

При використанні цього нового катодного матеріалу Zn-ion акумулятор досягає ємності 101mAh/g при щільності струму 200C, а заряджання займає лише 18 секунд. У той же час водяний електроліт також забезпечує безпеку процесу циркуляції та зменшує забруднення навколишнього середовища.

 

У цій статті відстань між шарами та орбітальний стан шаруватих матеріалів розробляються та регулюються на основі кристалічної та електронної структури матеріалів. У той же час, у поєднанні з вдосконаленими засобами визначення характеристик синхротронного випромінювання, еволюція структури матеріалу є більш інтуїтивно зрозумілою та зрозумілою, тому можливий матеріал позитивного електрода з характеристиками швидкої зарядки.

 

Можливо, в найближчому майбутньому такі матеріали можна буде використовувати в електронних виробах і навіть громадському транспорті. Значне скорочення часу зарядки може зробити життя людей більш ефективним і зручним; Безпечні та чисті матеріали для акумуляторів також можуть зменшити навантаження на навколишнє середовище. Вірте, що технології зроблять цей день не за горами.