Teljes töltés 18 másodperc alatt? ! Nem kell többé aggódnia, hogy elhagyja a házat, és lemerül az akkumulátor...

Életünk részévé váltak az akkumulátort energiaforrásként használó mobiltelefonok, számítógépek, táblagépek stb., és egyre többen kezdenek el szenvedni az "villamos szorongástól", ugyanakkor az új energiahordozók népszerűségének növekedése egyre nehezebbé tette az emberek számára a hosszú akkumulátorok töltését – gyorsabban! Töltse fel az akkumulátort egy kicsit gyorsabban! Ez lett mindenki közös vágya.

Ez a vágy hamarosan teljesülhet. A közelmúltban Song Li, a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem Nemzeti Szinkrotron Sugárzási Laboratóriumának professzora csapata egy gyorstöltési képességgel rendelkező akkumulátort fejlesztett ki.

 

Ma többet fogunk beszélni erről a kutatásról.

 

A lítium-ion akkumulátor széles körben elismert energiatároló eszköz. A nagy energiasűrűség és a széles üzemi hőmérséklet-tartomány előnyeinek köszönhetően a lítium-ion akkumulátorok a kereskedelemben kapható akkumulátorok túlnyomó részét elfoglalták. A felhasznált szerves elektrolit azonban bizonyos mértékben károsítja az emberi szervezetet, és a lítiumforrások hiánya a jövőben az akkumulátorpiac hiányához vezet.

 

A cink-ion akkumulátor, mint új tehetség az energiatárolás területén, nemcsak nagy elméleti energiasűrűséggel rendelkezik, hanem egy nem mérgező vízelektrolittal is rendelkezik, amely biztosítja a biztonságos és hatékony gyártást és alkalmazást. Ezen túlmenően, az olcsó és bőséges cinkforrások nagymértékben csökkentik az akkumulátorhasználat költségeit is, és a jövőben várhatóan a lítium-ion akkumulátorok potenciális helyettesítője lesz.

Annak ellenére, hogy sok különbség van az anyagok felhasználásában, a cink-ion akkumulátorok és a lítium-ion akkumulátorok üzemállapota a töltési és kisütési folyamatban nagyon hasonló.

 

Az akkumulátor katódanyaga gyakran réteges: az akkumulátor kisülési folyamata során lítium-ionok (vagy cink-ionok) ágyazódnak be a katódanyag rétegébe tárolás céljából; Az akkumulátor töltési folyamata során a lítium-ionok (vagy cink-ionok) távoznak a pozitív anyagrétegből, és visszatérnek a negatív elektródához.

Általában az akkumulátor működési elve az ionvándorlás és az elektrontranszfer folyamata.

A gyors akkumulátortöltés elve

Tehát ebben a tudományos kutatásban hogyan érhető el a gyorstöltő akkumulátor?

 

1. Az iontranszport csatornák szélesítése

 

Mint fentebb említettük, a cink-ion akkumulátorok töltési és kisütési folyamata folyamatos ionvándorlás folyamata. Ha a lehető legtöbb akkumulátorkapacitást szeretné rövid időn belül tárolni, nagy tárolóhelyet kell kialakítania a cinkionok számára.

 

Először a kutatók a réteges vanádium-pentoxid anyagokra összpontosítottak, amelyek állítható térszerkezettel rendelkeznek. A réteges vanádium-pentoxid anyag olyan szerkezetű, mintha több párhuzamos lemez lenne elrendezve. A réteges katódanyag rétegtávolságának növelése érdekében nagyobb ammónium-ionok előre interkalálhatók. Ez arra szolgál, hogy a rétegek között előre felvegyen néhány oszlopot a rétegtávolság növelése érdekében.

 

Az ammóniumionok támogatásával a cinkionok könnyebben vándorolnak a pozitív elektród anyagában, és a nagyobb rétegközi tér az akkumulátor energiatároló képességét is hatékonyan javíthatja.

 

 

2. A pályafoglalás beállításától az elektronátvitel felgyorsításáig

Fontos tudni, hogy az akkumulátor energiatárolási folyamata szorosan összefügg az ionvándorlással és az elektrontranszferrel. Amikor a cinkionok tárolás céljából belépnek a katód anyagrétegébe, néhány elektron átkerül a katód anyagába is, hogy fenntartsák a teljes töltésegyensúlyt. Ezért nagyon fontos az interkalált ionok réteges anyagok elektronszerkezetére gyakorolt ​​hatásának vizsgálata is.

 

A hagyományos vizsgálati módszerekkel azonban nehéz egyértelműen feltárni az anyagok belső atomi és elektronszerkezetét. Ezért a detektáláshoz fejlettebb szinkrotronsugárzás jellemzési technikákra van szükség. Egyszerűen fogalmazva, a szinkrotronsugárzási technológia a "szupermikroszkóp" továbbfejlesztett változataként értelmezhető, mivel nagy fényerejét és széles sávú jellemzőit használja az anyag belső szerkezetének megtekintésére.

Ezzel a technikával a kutatók a vanádium-pentaoxid anyagban az atomi pályafoglalkozás változásait vizsgálták az ammóniumion-pillérek rétegek közé való beillesztése után, valamint a töltési és kisülési folyamat visszafordítható fejlődését.

 

Itt először bemutatjuk az elektronikus szerkezet alapfogalmát.

 

Az atommagon kívüli elektronokkal rendelkező elemek elektronjai nem zsúfoltak, hanem pályákon vannak elrendezve. Ráadásul az elektronok először mindig az alacsonyabb energiájú pályákat foglalják el, vagyis a középpontban lévő magokat, belülről kifelé elrendezve.

 

A vanádium esetében a vegyértékelektronok elrendezése az alábbiakban látható, a külső rétegben öt vegyértékelektronnal. A vanádium-pentoxidban mind az öt elektront az oxigénatomokhoz való kötésre használják. Ezen a ponton a vanádium 3d-s pályája az az üres pálya, amelyet nem foglalnak el elektronok.

 

 

3. A kristályszerkezet és az elektronikus szerkezet kettős szabályozása valósággá teszi a gyors töltést és a stabil ciklust

Ennek az új katódanyagnak a használatával a zn-ion akkumulátor 101 mAh/g kapacitást ér el 200 C áramsűrűség mellett, a töltés pedig mindössze 18 másodpercet vesz igénybe. A víz elektrolit ugyanakkor biztosítja a keringési folyamat biztonságát és csökkenti a környezet szennyezését.

 

Ebben a cikkben a rétegelt anyagok rétegtávolságát és orbitális foglaltsági állapotát az anyagok kristályszerkezetéből és elektronszerkezetéből tervezzük és szabályozzuk. Ugyanakkor a fejlett szinkrotron sugárzás jellemzési eszközökkel kombinálva az anyag szerkezetének alakulása intuitívabb és áttekinthetőbb, így lehetséges a gyors töltési jellemzőkkel rendelkező pozitív elektródaanyag.

 

Talán a közeljövőben az ilyen anyagokat elektronikai termékekben, sőt tömegközlekedésben is felhasználhatják. A töltési idő jelentős csökkenése hatékonyabbá és kényelmesebbé teheti az emberek életét; A biztonságos és tiszta akkumulátoranyagok csökkenthetik a környezet terhelését is. Hidd el, hogy a technológia nem teszi távol ezt a napot.