Uusia materiaaleja akuille ja lämpösähköisille

01.06.2023

Duke-materiaaleja-solid-state-akkuihin-400.jpgDuken yliopiston vetämä tutkijaryhmä ovat paljastanut atomisia mekanismeja, jotka tekevät argyroditeiksi kutsuttujen yhdisteiden luokasta houkuttelevia ehdokkaita sekä solid-state-akkujen elektrolyytteihin että lämpösähköisiin energiamuuntimiin.

Löydöt – ja niiden tekemiseen käytetty koneoppimisen lähestymistapa – voivat auttaa käynnistämään energian varastoinnin uuden aikakauden sovelluksille, kuten kotitalouksien akkuseinille ja nopeasti latautuville sähköajoneuvoille.

Vaikka kukaan ei ole vielä löytänyt kaupallisesti kannattavaa lähestymistapaa kiintoaineisiin akkuihin, yksi johtavista kilpailijoista luottaa luokkaan yhdisteitä, joita kutsutaan argyroditeiksi ja jotka on nimetty hopeaa sisältävän mineraalin mukaan.

Nämä yhdisteet on rakennettu erityisistä, vakaista kiteisistä kehyksistä, jotka on valmistettu kahdesta elementistä, joista kolmas voi liikkua vapaasti kemiallisen rakenteen ympäri.

Uudessa tutkimuspaperissa Olivier Delaire ja hänen kollegansa tarkastelevat yhtä lupaavaa ehdokasta, joka on valmistettu hopeasta, tinasta ja seleenistä (Ag8SnSe6).

Tulokset osoittivat, että vaikka tina- ja seleeniatomit loivat suhteellisen vakaan kehyksen, se oli kaukana staattisesta. Kiteinen rakenne joustaa jatkuvasti luodakseen ikkunoita ja kanavia varautuneiden hopea-ionien liikkumiseen vapaasti materiaalin läpi.

"Järjestelmä, Delaire sanoi, on kuin tina- ja seleenihilat pysyvät kiinteinä, kun taas hopea on melkein nestemäisessä tilassa. Tämä nestemäisen ja kiinteän olomuodon välillä elävän materiaalin kaksinaisuus on mielestäni yllättävin."

"Monet näistä materiaaleista tarjoavat erittäin nopean johtavuuden akuille samalla kun ne ovat hyviä lämmöneristeitä lämpösähköisille muuntimille, joten tarkastelemme järjestelmällisesti koko yhdisteperhettä", Delaire sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

Tohoku yliopiston tutkimusryhmä on sen sijaan kehittänyt prototyypin kalsiummetallisesta (Ca) akkusta, joka pystyy 500 jakson toistuvaan lataus-purkaus.

Duke-Tohoku-kalsium-akku-400-t.jpgYksi Litium-akkujen mahdollinen korvaaja on kalsium-metalliakut. Maankuoren viidenneksi yleisimpänä alkuaineena kalsiumia on laajalti saatavilla ja se on edullinen ja sillä on suurempi energiatiheyspotentiaali kuin LIB:illä.

Sen ominaisuuksien uskotaan myös nopeuttavan ionien kuljetusta ja diffuusiota elektrolyyteissä ja katodimateriaaleissa, mikä antaa sille etulyöntiaseman muihin LIB-vaihtoehtoihin, kuten magnesiumiin ja sinkkiin, nähden.

Mutta tehokkaan elektrolyytin ja riittävän Ca2+ -varastointikyvyn omaavien katodimateriaalien puuttuminen ovat osoittautuneet suurimmiksi kompastuskiviksi.

"Uusimmassa tutkimuksessamme testasimme Ca-metalliakun pitkäaikaista toimintaa kuparisulfidin (CuS) nanopartikkeli/hiilikomposiittikatodin ja hydridipohjaisen elektrolyytin kanssa", kertoo Kazuaki Kisu, apulaisprofessori Tohokun yliopiston materiaali-instituutista. (IMR).

CuS:n kerrosrakenne mahdollistaa sen varastoida erilaisia kationeja, kuten litiumia, natriumia ja magnesiumia. Sen teoreettinen kapasiteetti on suuri, 560 mAh g-1 - kaksi tai kolme kertaa suurempi kuin nykyiset litiumioniakkujen katodimateriaalit.

Aiheesta aiemmin:

Neljän elektronin litium-ilma akku

Uusi elektrolyytti kiinteärakenteisille litiumioniakuille

Kahden ionin akut lähemmäksi todellisuutta

12.07.2024Hyönteisistä inspiroidut liiketunnistin ja logiikka
08.07.2024Kvanttiannealaari parantaa ymmärrystä kvanttimonikehojärjestelmistä
05.07.2024Hyönteisten lennon salaperäinen mekaniikka
01.07.2024Eksitonit mahdollistavat erittäin ohuen linssin
28.06.2024Luontoa tarkkaillen
27.06.2024Uusi fysikaalinen ilmiö kahden erilaisen materiaalin rajapinnassa
20.06.2024Perovskiiteistä 1D-nanolankoja ja topologisia polaroneita
19.06.2024Täysin optinen fotonisiru tunnistaa ja käsittelee
19.06.2024Uusia toiveita sinkki-ilma akuille
17.06.2024Elektroneille viisikaistainen supervaltatie
14.06.2024Energiatehokasta kvanttilaskentaa magnoneilla
13.06.2024Pienenergian keruu tehostuu
12.06.2024Uusia menetelmiä 2D-materiaalien muokkaukseen
11.06.2024Infrapunan kuvaustekniikkaa arkikäyttöön
10.06.2024Kalsiumoksidin kvanttisalaisuus: lähes kohinattomat kubitit
07.06.2024Tehdä sähköä metallista ja ilmasta
06.06.2024Hämä-hämähäkki kiipes elektroniikkaan
05.06.2024Sirutason GHz:n aikakiteitä puolijohteisilla fotonirakenteilla
04.06.2024Ionikuljetuksen hallintaa sinisen energian tulevaisuudelle
03.06.2024Parempia kameroita perovskiitilla
31.05.2024Nanokielet voivat väristä lähes ikuisesti
30.05.2024Tuovatko fononi ja fotoni kvantti-internetin?
29.05.2024Uusi koneoppimisalgoritmi lupaa edistystä tietojenkäsittelyssä
28.05.2024Orgaanisia kaksiulotteisia perovskiitteja
27.05.2024Ilma seostamaan orgaanista elektroniikkaa
24.05.2024Erittäin tehokkaita mikrokondensaattoreita
23.05.2024Kahden kubitin portti FINfet-transistorissa
22.05.2024Mihin fononiikasta onkaan?
21.05.2024Magnetismia 2D-rajalla
20.05.2024Aktiivisen aineen fysiikkaa kvanttijärjestelmiin
17.05.2024Kvanttiversio Hertsin kipinästä
16.05.2024Hybridilomittuminen tehostaa kvanttiteleportaatiota
15.05.2024Säilölaskentaa molekyyleillä ja keinolihaksilla
14.05.2024Muisti ferrosähköisestä ja ferromagneettisesta alueista
13.05.2024Metamateriaalia analogiseen optiseen laskentaan
10.05.2024Elektronit vauhdikkaina kaksiulotteisissa polymeereissä
09.05.2024Entistä tehokkaampia dielektrisiä kondensaattoreita
08.05.2024Elektronikanavia ilman resistanssia
07.05.2024Uusia kehitysnäkymiä kvanttitietotekniikalle
06.05.2024Mikrobeja torjuva kuparipinta kosketusnäytöille?
04.05.2024Kuinka valo voi höyrystää vettä ilman lämpöä
03.05.2024Puolijohdemateriaalista paljastuu "yllättävä" piilotoiminta
02.05.2024Äänivärähtelyihin perustuva kvanttimuisti
01.05.2024Joustava ja tehokas DC-muunnin kestävän energian mikroverkkoihin
30.04.2024Valo reagoi magneettikenttään kuin elektroni
29.04.2024Valoa tehokkaammin ja valolla tunnustellen
27.04.2024Aivojen kaltainen tietokone vedellä ja suolalla
26.04.2024Uudenlaisia kondensaattoreita ja keloja
25.04.2024Kvanttielektroniikka grafeenien avulla
24.04.2024Akku ja superkonkka yhteen soppii
23.04.2024Kaareva datalinkki esteitä ohittamaan
22.04.2024Kvanttimateriaali lupaa uutta puhtia aurinkokennoille
21.04.2024Läpimurto lupaa turvallista kvanttilaskentaa kotona
20.04.2024Yksi atomikerros kultaa ja molekyylikorjaaja
19.04.2024Uusia ja yllättäviä topologiota
18.04.2024Kvanttivalo syntyy renkaassa ja lähtee kiertueelle
17.04.2024Fononit ja magnonit kaveraavat
16.04.2024E-nenälle ihmisen tasoinen hajuaisti
15.04.2024Valo valtaa alaa magnetismissa
13.04.2024Nanorakenteilla energiaa haihtuvasta vedestä
12.04.2024Bolometrit kubitteja mittaamaan
11.04.2024Kudottavia ohuita puolijohdekuituja
10.04.20242D-antenni tehostaa hiilinanoputkien valontuottoa
09.04.2024Lisää tiedonsiirtokapasiteettia langattomaan viestintään
08.04.2024Korkealaatuisia mikroaaltosignaaleja fotonisirulta
05.04.2024Kahden konstin grafeeni
04.04.2024Kohti utopistisia verkkoja
03.04.2024Lehtipihan hyönteinen inspiroi näkymättömyysrakenteita
02.04.2024Aivojen inspiroima langaton anturijärjestelmä
01.04.2024Uusi energiatehokas mikroelektroninen rakenne
29.03.2024Harppaus kohti valon nopeita tietokoneita
28.03.2024Kertakäyttöiset tekoälyanturit terveyden seurantaan
27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä
15.03.2024Kvanttitietokoneita atomeihin perustuen
14.03.2024Elektronit vedessä ja särkyneinä
13.03.2024Sateenvarjo atomeille
12.03.2024Magnetismilla energiatehokasta laskentaa
11.03.2024Molekyylielekroniikan johteita ja kytkimiä
09.03.2024Elektroniikkaromusta kultaa edullisesti
09.03.2024Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen
07.03.2024Kolmas ulottuvuus langattoman prosessoinnille
06.03.2024Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn
05.03.2024Palonkestävä natriumakku
04.03.2024Polymeeripohjaiset viritettävät optiset komponentit
01.03.2024Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin
28.02.2024Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos
27.02.2024Elektroneja murto-osina grafeenissa
26.02.2024Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri
24.02.2024Entistä tehokkaampia aurinkokennoja
23.02.2024Uusi resepti kvanttisimuloinnille
22.02.2024Li-ion-johteita uuden suunnan kestäville akuille

Näytä lisää »