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

28.05.2020Ennätyskorkeaa datansiirtoa yhdellä lähettimellä
27.05.2020Apua litiummetallisille anodeille
26.05.2020Uusi resepti yhden atomin transistoreille
25.05.2020Ihoanturi seuraa C-vitamiinitasoja hiestä
22.05.2020Kohti kolmatta ulottuvuutta
21.05.2020Nopempi koherentti LiDAR
20.05.2020Rautaa rajalle, vaikka ruosteisenakin
19.05.2020Uudenlaisen kvanttitutkan prototyyppi
18.05.2020Löytää edullisesti radioaaltoja
16.05.2020Suprajohtavuutta ja topologiaa
15.05.2020Kvanttimateriaali keventää tekoälyn energiantarvetta
14.05.2020Vetyä auringonvalosta
13.05.2020Uutta valoa 2D-nanolasereista
12.05.2020Vakaita perovskiitteja
11.05.2020Superkondensaattori heterorakenteisella elektrodilla
08.05.2020Harppauksia piianodien käyttöönotossa
07.05.2020Liikkuvan yhteyden löytäminen terahertseillä
06.05.2020Todellisuutta tuntevat proteesit
05.05.2020Eväitä twistroniikalle
04.05.2020Superkiraalista valoa
03.05.2020Läpinäkyvyyttä ja aurinkosähköä
30.04.2020Rautapohjainen lämpösähkögeneraattori
29.04.2020Topologia avuksi fotoniikkaan
28.04.2020Tavoitteena 2000 km yhdellä latauksella
27.04.2020Ferrosähköä atomitasolla
27.04.2020Neuromorfinen memristori
23.04.2020Spintroniikalle sopivaa sähkömagnetismia
22.04.2020Akkutekniikoiden uudet reaktiot
21.04.2020Kylmää ja kuumaa kvanttitekniikkaa
20.04.2020Harppaus magnetisoitumisen tutkimuksessa
18.04.2020Ultravioletin voima
17.04.2020Innovatiivisia tekniikoita pikkusatelliiteille
16.04.2020Energiankeruuta metallia syöden
15.04.2020Alusta optisille transistoreille
14.04.2020Salaperäisiä Majorana-fermioneja kultasaarilla
12.04.2020Viiden minuutin koronavirustesti
10.04.2020Geometrinen diodi
09.04.2020Spinaalloilla pitkälle
08.04.2020Lasereita piisirulle ja hiukkaskiihdyttimiin
07.04.2020Yhdistetty optinen lähetin ja vastaanotin
06.04.2020Parannuksia orgaanisille aurinkokennoille
03.04.2020Energian keruuta terahertsiaalloista
02.04.2020Sähkökentistä sähköä IoT-antureille
01.04.2020Kaksiseinäisillä nanoputkilla on elektro-optisia etuja
31.03.2020Uudenlaista kemiaa litiumakuille
30.03.2020Kohti hakkeroimatonta kvantti-internettiä
28.03.2020Luvassa uusi läpimurto kvanttitietotekniikassa
27.03.2020Kohti tehokkaampaa elektroniikkaa
26.03.2020Uusia materiaaleja puettavalle elektroniikalle
25.03.2020Kvanttianturi kattaa koko radiotaajuusspektrin
24.03.2020Optinen terahertsitransistori
23.03.2020Atomiytimen spinin hallinta sähköisesti
20.03.2020Syväoppimisen uudelleenarviointi
19.03.2020Uusia materiaaliominaisuuksia elektroniikalle
17.03.2020Aurinkokennojen ennätysvirittely jatkuu
16.03.2020Monitoimisia anturimateriaaleja
13.03.2020Valolla toimivat kiintolevyt
12.03.2020Topologista valon kulkua
11.03.2020Vakaasti toimiva nanorele
10.03.2020Vielä enemmän skyrmioneja
09.03.2020Spin-kubitin vakaa luenta
07.03.2020Haisevista hedelmistä superkonkkia
06.03.2020Aurinkokenno grafeenista, perovskiitistä ja piistä
05.03.2020Kaliummetalli akun vaihtoehdoksi litiumille
04.03.2020Kaksiulotteinen elektronien hila
03.03.2020Kaksiulotteisia metalleja
02.03.2020Magnetismia kolmiulotteisesti
28.02.2020Monenlaista valon hallintaa
27.02.2020Yksinkertainen itselatautuva akku
26.02.2020Edullisempia suojaustekniikoita
25.02.2020Johtaa sekä sähköä että energiaa täydellisesti
25.02.2020Kemiaa ja seostusta
21.02.2020Vauhdikkaita muistirakenteita
20.02.2020Kierrätystä ja palonestoa
19.02.2020Nestepisaroilla jopa viiden voltin jännite
18.02.2020Kuitusiirron ennätyskapasiteetti
17.02.2020Kubitteja keinoatomeista
14.02.2020Kohinalla hehkuttaen
14.02.2020Tehokkaampia sähkökatalyyttisiä reaktioita
12.02.2020Elektroninen nenä MOF-materiaaleista
11.02.2020Uudenlainen elektrodirakenne tehokkaammille akuille
10.02.2020Kvanttitiedonsiirtoa nykyisissä kuituverkoissa
07.02.2020Uusi kvasihiukkanen löydetty: Pi-ton
06.02.2020Resonaattorit hidastavat valoa
05.02.2020Nanoputkien rullasta uudenlaista materiaalia
04.02.2020Tehokkaampaa terahertsitaajuuksien ilmaisua
03.02.2020Ensimmäinen yksikerroksinen amorfinen kalvo
31.01.20205000 vuotta kestävä paristo
30.01.2020Uusia vihjeitä suprajohtavuudesta
29.01.2020Litiumakuille pidempiä ajomatkoja?
28.01.2020Kvanttilämpöä ja kvanttilomittumista mittaillen
27.01.2020Laserdiodi emittoi syvää UV-valoa
24.01.2020Keinoiho magnetismia tunnistavin anturein
23.01.2020Kiertymä muokkaa kaistaeroa
22.01.2020Yleismuistin virstanpylväs
21.01.2020Ensimmäinen antiferromagneettinen topologinen kvanttimateriaali
20.01.2020Nanoantenneja tiedonsiirtoon
17.01.2020Muisteja erittäin kylmään laskentaan
16.01.2020Laskentaa molekyyleillä
16.01.2020Konenäölle nyt myös konesilmät

Näytä lisää »