Protoneista akkujen varausten siirtäjä?

08.02.2019

Oregon-grotthus_mechanism-300-t.jpgOregonin valtionyliopiston tutkijat ovat havainneet, että kemiallisella mekanismilla, jota on kuvattu ensimmäisen kerran yli kaksi vuosisataa sitten, on potentiaalia mullistaa energian varastointi suuritehoisille sovelluksille, kuten ajoneuvoille tai sähköverkoille.

Tutkimusryhmä, jota johtaa Xiulei (David) Ji yhdessä Argonne National Laboratoryn, Kalifornian Riversiden yliopiston, ja Oak Ridgen kansallisen laboratorion kumppaneiden kanssa osoittavat, että diffuusio ei välttämättä ole tarpeen kuljettamaan ionisia varauksia akkuelektrodin hydratoituun rakenteeseen.

”Tämä löytö saattaa siirtää koko suuritehoisen sähkökemiallisen energian varastoinnin paradigman uusiin elektrodien suunnitteluperiaatteisiin”, sanoo tutkijatohtori ja artikkelin ensimmäinen tekijä Xianyong Wu.

Nykyään akkutekniikan suurin osa huomio liittyy metalli-ioneihin. Yhteistyöryhmä tutki kuitenkin yhtä vedyn protonia. He tutkivat myös vuoden 1806 kemisti Theodor von Grotthussin teoriaa varaussiirrosta elektrolyyteissä.

Grotthuss-mekanismissa sähköinen varaus siirtyy, kun vetyatomi silloittaa kaksi vesimolekyyliä ja vaihtaa yhdestä molekyylistä toiseen. Tämä laukaisee samanlaisten siirtymien ketjun koko hilan vetysidosten verkossa.

Nämä korreloidut paikalliset siirtymät johtavat protonien kaukokuljetukseen, joka on hyvin erilainen kuin metalli-ionien johtuminen nestemäisissä elektrolyyteissä, joissa solvatoituneet ionit diffundoituvat pitkiä etäisyyksiä yksittäin kulkuneuvon tavoin. Tavallaan protoni siirtyy vesimolekyylien ketjun toisesta päästä toiseen päähän ilman massansiirtoa vesiketjun sisällä.

Kyseessä olisi tehokas varauksen siirto protonien avulla, joiden ei tarvitse ionien tapaan vääntäytyä kiderakenteen kapeiden aukkojen läpi.

Tutkimuksessaan tutkijat osoittivat, että hydratoidussa Preussin sinisen analogissa (Turnbullin sininen) runsaat hilavesimolekyylit vetysidosten verkostossa helpottavat Grotthuss-protonijohtavuutta redoksireaktioiden aikana.

Käyttäen sitä kuin akun elektrodina, tutkijat havaitsivat suuren nopeuden käyttäytymistä 4 000 C (380 A g−1, 508 mA cm-2) ja pitkää syklistä elinikää 0,73 miljoonaa jaksoa.

Nämä tulokset protonien diffuusiovapaasta Grotthuss-topokemiasta, toisin kuin ortodoksinen akun sähkökemia, joka vaatii ionidiffuusion elektrodien sisällä, osoittavat potentiaalisen suunnan, jolla mullistaa sähkökemiallinen energian varastointi suuritehoisille sovelluksille.

Vaikka tutkijat ovat innoissaan havainnoistaan, Ji varoittaa, että on vielä tehtävää, jotta saavutettaisiin ultranopea lataus ja purku akuissa, jotka ovat käytännöllisiä kulkuneuvojen tai verkkojen energian varastointiin.

”Ilman asianmukaista teknologiaa, johon liittyy tutkijoiden ja sähköinsinöörien tutkimusta, tämä kaikki on puhtaasti teoreettista”, hän sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Uusia akkutekniikoita paikalliskäyttöön

25.11.2020Biopohjaisen aurinkoenergian keruumateriaalia
24.11.2020Anti-laser ideoi langatonta tehonsiirtoa
23.11.2020Uusi vaihe kohti kvanttiteknologiaa
20.11.2020Kvanttitunnelointi siirtää omavoimaisten antureiden rajoja
19.11.2020Valotoimista tekoälyä
18.11.2020Henkilökohtainen terveyssiru
17.11.2020Nopeita lämpöä sietäviä polymeerimodulaattoreita
16.11.2020Tehokas kannettava terahertsilaseri
13.11.2020Fyysikot kehittävät kvanttimodeemia
12.11.2020Tahmeat elektronit: Kun repulsio muuttuu vetovoimaksi
11.11.2020Uusia kevyitä magneetteja
11.11.2020Logiikkaportteja valopulsseille
09.11.2020Uuden sukupolven tietokonepiiri
06.11.2020Optinen johdotus suurille kvanttitietokoneille
05.11.2020Perovskiitistä materiaali laaksotroniikalle
04.11.2020Edullinen korkean resoluution monispektrikamera
03.11.2020Kvanttipistetransistoreista joustava vaihtoehto elektroniikalle
02.11.2020Integroitu piiri magnoneilla
30.10.2020Nopeutta magneettiselle muistille
29.10.2020Pinta-aallot nanorakenteita viilentämään
28.10.2020Älykkäitä nanomateriaaleja kuitufotoniikalle
27.10.2020Tehokkaasta ledistä laseriksi
26.10.2020Tehopiirien vianhakua akustisesti
25.10.2020Supravirtoja pinotuissa 2D-materiaaleissa
22.10.2020Yhden molekyylin kytkin elektreetistä
21.10.2020Yhä vihreämpiä virtausakkuja
20.10.2020Kierteisiä topologisia eksitoni-polaritoneja
19.10.2020Lähi-infrapunan aallot näkyviksi
16.10.2020Kiinteä elektrolyytti natrium-akuille
15.10.2020Fotonit taipuvat moneen
14.10.2020Grafeenia pinoten ja kiertäen
13.10.2020Orgaanisten piirien miniaturisointia
12.10.2020Ultraääntä kolmiulotteisesti
09.10.2020Kvanttitietokoneet tehostuvat
08.10.2020Enemmän sähköä auringonvalosta
07.10.2020Suurten esineiden välinen kvanttilomittuminen
07.10.2020Näkymättömästi näkevä
05.10.2020Robotteja kankaasta
02.10.2020Nopeita ja herkkiä grafeenibolometrejä
01.10.2020Todennus ja kosketuksettomuus kolmiulotteisesti
30.09.2020Hiilestä transistoreita ja tietokoneita
29.09.2020Piiperustaisia yhden fotonin lähteitä
28.09.2020Lupaavaa materiaalia kvanttilaskennalle
25.09.2020Hiilinanoputkilla tehostettu kuparijohde
24.09.2020Kuituoptinen elektronitykki ja voima-anturi
23.09.2020Kaksiulotteisista moniarvoinen optinen muisti
22.09.2020Operaatiovahvistin 2D-puolijohteesta
21.09.2020Kvanttimaailma on oudompi kuin luulimme
18.09.2020Sähköisiä nanolasereista mikropiireille
17.09.2020Aurinkokennoille kaksi kerrosta on parempi kuin yksi
16.09.2020Läpi sumun ja heinäsirkkaparven
15.09.2020Fononilaser
14.09.2020Transistoreita jäähdyttäen ja pinoten
11.09.2020Kubitteja kiertäen ja kaartaen
10.09.2020Tarkempia mittauksia mutkan kautta
09.09.2020Nopeampi ja tehokkaampi energian varastointi
08.09.2020Kvanttiläpimurto turvallisemmalle tietoliikenteelle
07.09.2020Tarkkuutta tekoälyyn
04.09.2020Mikroelektroniset robotit liikkeelle laserilla
03.09.2020Tavoitteena laajat langattomat sähkönjakeluverkot
02.09.2020Keinotekoisilla materiaaleilla tehoa elektroniikkaan
01.09.2020Grafeeni ja COVID-19 yhteen soppii
31.08.2020Puhdasta polttoainetta auringonvalosta, CO2:sta ja vedestä
28.08.2020Kvanttitietotekniikkaa kesäkaudelta
27.08.2020Tehokkaampia suodattimia ja kondensaattoreita
26.08.2020Kullan sähkökenttä muokkaa kiteitä
25.08.2020Läpimurtoja spintroniikassa
24.08.2020Vesipisaroiden diodit jäähdyttävät
21.08.2020Akkututkimuksia esiteltiin kesälläkin
20.08.2020Pieniä ihmeitä
19.08.2020Uusia eväitä puettavan elektroniikan suunnitteluun
18.08.2020Materiaaleja tulevaisuuden transistoreille
17.08.2020Tehokas venttiili elektronien spineille
14.08.2020Punatiilistä energiavarastoja
13.08.2020Ilma vahvistaa valoa valokuidussa
12.08.2020Kuumia kantajia keräten
11.08.2020Tulostuksella kertakäyttöisiä grafeeniantureita
10.08.2020Magneettinen ja ei-magneettinen materiaali
07.08.2020Superkondensaattoreita mikrosiruihin
06.08.2020Elektroniikkaa ja bakteereja
05.08.2020Ensimmäinen neurotransistori
04.08.2020Ferrosähköistä ja topologista muistia
03.08.2020Absorboivaa EMI-suojausta
31.07.2020Eristeidenkin on ohennuttava
24.07.2020Ennätysmäisiä metalinssejä
19.07.2020Grafeeni ja 2D-materiaalit voisivat ohittaa Mooren lain
06.07.2020Elektronit ja fotonit samalla sirulla
26.06.2020Tieteen purskeita kaukaa ja läheltä
26.06.2020Magnon-kytkin teollisesti hyödyllisillä ominaisuuksilla
25.06.2020Mikroaaltovahvistin joustavalle puukalvolle
24.06.2020Eksitoneja ja kvanttimateriaaleja
23.06.2020Anturien 3D-tulostus suoraan sydämeen
19.06.2020Tallennusta, logiikkaa ja skyrmioneja
18.06.2020Perusteita tehokkaammille akuille
17.06.2020Lomittaa molekyylejä ja atomeja
16.06.2020Intuitiivinen ohjelmointikieli kvanttitietokoneille
15.06.2020Kontakteja 2D-transistoreille
12.06.2020Molekyylit tarjoavat satakertaisen muistin
10.06.2020Ennätysherkkä venymäanturi
09.06.2020Tutkijat kehittävät elinkelpoisen natriumakun

Näytä lisää »