Anioneita ja protoneita

18.12.2020

Washington-fluor-akku-300-t.jpgNykyakut käyttävät litiumia ja kobolttia, mutta niiden tarjonta on hyvin rajallista. Materiaalitieteilijät Washingtonin yliopiston St. Louisista ovat löytäneet potentiaalisen vaihtoehdon litiumille fluorista, suhteellisen runsaasta ja kevyestä alkuaineesta.

Nykyisillä fluori-ioniakuilla on taipumus hajota nopeasti lataus- ja purkausjaksojen myötä.

Tutkijat Steven Hartman ja Rohan Mishra ovat omaksuneet uuden lähestymistavan fluori-ioniakkujen suunnitteluun tunnistamalla kaksi elektridiä Ca2N ja Y2C, jotka keräävät tai luovuttavat helposti fluori-ioneja samalla kun kokevat vain pieniä rakennemuutoksia hyvän syklisyyden tavoittelemiseksi. Elektridi on ioninen yhdiste, jossa elektronilla onkin anionin ominaisuudet.

"Ennustamme, että nämä välitilalliset elektronit voidaan helposti korvata fluori-ioneilla ilman merkittäviä muodonmuutoksia kiderakenteessa, mikä mahdollistaa hyvän syklisyyden", Mishra sanoo. "Fluori-ionit voivat myös liikkua tai diffusoitua melko helposti kerrostettujen elektridien suhteellisen avoimen rakenteen ansiosta.

Laskelmamme osoittavat, että kerrostetuista elektrideistä valmistetut anodit voivat tarjota jopa -2,86 voltin jännitettä ja >250 mA h g−1 kapasiteettia ja nopean diffuusiokinetiikan.

Puolijohteissa seostus tehdään yleensä jo tehtaalla, eikä sitä voi muuttaa myöhemmin. Siten mahdollisuus hallita dynaamisesti materiaalien seostusta avaisi tien uusille kytkimille ja mahdollisesti jopa täysin uudenlaisille tietokonepiireille.

Osakan yliopiston tutkijat esittävätkin menetelmän ohutkalvoisten nikkelaattivastusten vetypitoisuuden ja siten sen johtokyvyn hallitsemisen sähkökentillä.

Washington-OSAKA-ohutkalvo-ioni-_perovskiitt-2-300-t.jpgSovellettu sähkökenttä ajaa vetyionien diffuusion syvemmälle perovskiittiseen nikkelaattihilaan, mikä johtaa säädettävään "jättimäiseen" resistanssin kasvuun. Näin neodyymi-nikkelioksidisen (NdNiO3) ohutkalvon sähköinen vastus voi muuttua dramaattisesti säätelemällä vetyionien (protonien) leviämistä kalvossa.

Vety lisättiin kalvoon kaasufaasihehkutuksen ja sähkökentän yhdistelmällä, mikä aiheutti vetyprotonien muodostumisen. Reaktiota vauhdittivat katalyytteinä toimivat platinaelektrodit. Huoneen lämpötilassa kalvojen vastus kaksinkertaistui alkuperäisestä arvosta, mutta hyppäsi 30-kertaiseksi 200 °C-asteessa.

"Suuren resistanssimodulaation lisäksi ioniseostuksella on myös potentiaalia muuttaa palautuvasti korreloivien materiaalien rakenteellisia ja elektronisia ominaisuuksia sähkökentän kautta manipuloimalla ionidiffuusioprosessia materiaaliin tai siitä pois", toteaa vanhempi kirjoittaja Azusa N. Hattori.

Tämä tutkimus voi johtaa uudenlaisiin kaasuantureihin ja sähköisesti kytkettäviin älymateriaaleihin. Itse asiassa tämä voi johtaa koko "iontronic" -laitteiden alueeseen, jotka tukeutuvat toiminnassaan kiinteän hilan sisällä olevien ionien liikkeeseen.

Fluoriakuista aiemmin: Fuori ja sulapii akkujen perustaksi

The article, "Catalytic hydrogen doping of NdNiO3 thin films under electric fields"

17.09.2021Kiertymiä ja laaksoja
16.09.2021Vihreää polttoainetuottoa kehittäen
15.09.2021Topologiaa ja magneettisuutta
14.09.2021Kvanttianturit ohenevat
13.09.2021Nanokamera seuraa kemiallisia reaktioita
10.09.2021Komplementaarista galliumnitridielektroniikkaa
08.09.2021Käytännöllisiä lämpösähkömateriaaleja
06.09.2021Ionit vauhdikkaina erittäin ohuissa savissa
03.09.2021Akun anodi ja katodi osana kotelointia
01.09.2021Nanomaailman kvanttiominaisuuksia

Siirry arkistoon »