Atomistisia perusteita akuille

Kuvassa kiinteän elektrolyytin Na3PS4 atomirakenne, jossa on kanavia Na+-ioneille (violetti) PS43-polyanionien (oranssi) välissä. Mustat nuolet osoittavat liikkuvien natriumionien liikkeitä isäntärakenteen ryhmävärähtelyjen kanssa, joihin liittyy siipipyörän kaltaisten tetraedristen polyanionien kiertymiä.

Suurempi kuva

Duken yliopiston materiaalitutkijat ovat paljastaneet siipipyörän kaltaisen molekyylidynamiikan, joka auttaa ajamaan natriumioneja nopeasti kehittyvän kiintoaineisen akkuluokan läpi.

Näkemys saattaisi ohjata tutkijoita kehittämään uuden sukupolven natrium-ioni-akkuja, jotka korvaavat litiumioniteknologian monissa sovelluksissa, kuten datakeskuksissa ja kodin energian varastoinnissa.

"Useimmat tutkijat keskittyvät edelleen siihen, kuinka kiinteän elektrolyytin kiteinen rakenne voi mahdollistaa ionien nopean kulkemisen täyskiinteän akun läpi", sanoo apulaisprofessori Olivier Delaire. "Viime vuosien aikana ala on alkanut ymmärtää, että myös atomisten hyppyjen molekyylidynamiikka on tärkeää."

Duken tutkijat tarjoavat nyt näkemyksiä atomistisesta dynamiikasta, jonka avulla yksi suosittu ehdokas voi kuljettaa natriumionejaan nopeasti ja tehokkaasti.

Kokeissa tutkittiin natriumtiofosfaattia Na3PS4. Tutkijat tiesivät, että fosfori- ja rikkiatomien kiderakenne luo yksiulotteisen tunnelin natriumionien kulkemista varten. Mutta kuten Delaire selittää, kukaan ei ollut katsonut, voisiko myös viereisten atomien liikkeellä olla tässä jokin rooli.

Tutkimuksissa hyödynnettiin Oak Ridgen kansallisen laboratorion neutronisironnan laitteita ja konenäköä.

Tulokset osoittivat, että pyramidinmuotoiset fosfori-rikki PS4-yksiköt, jotka kehystävät tunneleita, kiertyvät ja kääntyvät paikoilleen ja toimivat melkein kuin siipipyörät, jotka auttavat natriumioneja kulkemaan läpi.

Toinen uuden polven akkutekniikka, ladattavat sinkki-ilma-akut vaativat korkean suorituskyvyn kaksitoimisia happielektrokatalyyttejä. Yksiatomiset siirtymämetallikatalyytit ovatkin lupaava ratkaisu koska niillä on maksimaalinen atomitehokkuus ja korkea ominaisaktiivisuus. Sellaisten valmistaminen on kuitenkin erittäin haastavaa.

Tsinghuan yliopiston tutkijat ehdottavat uudenlaista strategiaa siirtymämetalliatomien tehokkaaksi esihajauttamiseksi klikkauskemian ohjaamassa prekursorissa ja runsaiden yksiatomisten paikkojen rakentamisen varmistamiseksi.

Muodostetulla Co-N-C-elektrokatalyytillä on vaikuttava bifunktionaalinen happielektrokatalyyttinen suorituskyky aktiivisuusindikaattorilla ΔE 0,79 V.

Drexelin yliopiston vetämä kansainvälinen tutkijaporukan tieteilijät ehdottavat puolestaan sähkökemialliseen energian varastointiin yhtenäistä teoriaa eli akkujen ja superkondensaattorien yhdistämistä.

Äskettäin julkaistussa perspektiivinäkemyksessään he esittävät, että kaikki sähkökemialliset energian varastointimekanismit ovat olemassa jossain jatkumossa akuissa ja kondensaattoreita toimivien menetelmien välillä.

Heidän tutkimusraporttinsa nimi on: Continuous transition from double-layer to Faradaic charge storage in confined electrolytes

Aiheista aiemmin:

Protoneista akkujen varausten siirtäjä?

Katalyyttejä yhdellä atomilla ja ferrosähköllä

Interkalatoitu pseudokapasitanssi