Названная мягкая посадка иона, метод высокой точности привел к электродам, которые могли сохранить одну треть больше энергии и имели дважды продолжительность жизни по сравнению с подготовленными обычным методом, исследователи сообщают сегодня по своей природе о Коммуникациях. Прямой, чтобы настроить, метод мог в конечном счете привести к более дешевым, более мощным, дольше длительным аккумуляторам.«Это – первый раз, когда любой был в состоянии соединить функционирующую батарею, используя мягкую посадку иона», сказали химик и Лабораторный Член Юлия Ласкин из Тихоокеанской Северо-западной Национальной лаборатории Министерства энергетики.
Преимущества прибывают из способности мягкой посадки построить поверхность электрода очень определенно с только самыми желательными молекулами из сложной смеси сырых компонентов.«Это поможет нам распутать важные научные вопросы об этой технологии аккумулирования энергии, гибриде между общими литиевыми аккумуляторами и суперконденсаторами, у которых есть очень высокая плотность энергии», сказал ведущий автор, химик PNNL Венкэтешкумэр Прабхакаран.Другой вид гибридаХотя литий-ионные аккумуляторы – дежурная технология для маленьких электронных устройств, они медленно выпускают свою энергию, которая является, почему гибридные электромобили используют бензин для ускорения и занимают много времени, чтобы перезарядить, который делает электромобили медленнее, чтобы «заполниться», чем их бензиновые кузены.
Одно возможное решение – гибридная батарея, которая пересекает способность литиевой батареи держаться, много из взимает за его размер с быстро заряжающим суперконденсатором. Химики PNNL хотели знать, могли ли бы они сделать превосходящие гибридные материалы батареи с технологией – названными мягкой посадкой иона – который запутанно управляет сырыми компонентами во время подготовки.
Чтобы узнать, Ласкин и коллеги создали гибридные электроды, распылив химикат, известный как АНГЛИЧАНИН или polyoxometalate, на суперконденсаторные электроды, сделанные из тщательно маленьких углеродных труб. Стандартный АНГЛИЧАНИН и положительно и отрицательно зарядил части, названные ионами, но только отрицательные ионы необходимы в гибридных электродах.
Ограниченный его дизайном, обычный метод подготовки распыляет и положительные и отрицательные ионы на углеродные нанотрубки. Мягкая посадка иона, однако, отделяет заряженные части и только записывает отрицательные ионы на поверхности электрода. Вопрос, который имели Ласкин и команда, был, положительные ионы вмешиваются в работу гибридных электродов?
Чтобы узнать, команда сделала квадратные гибридные батареи размера сантиметра из электродов нанотрубки углерода АНГЛИЧАНИНА, которые прослоили специально развитую ионную жидкую мембрану между ними.«Мы должны были проектировать мембрану, которая отделила электроды и также служила электролитом батареи, который позволяет проводимость ионов», сказал Прабхакаран. «Большинство людей знает электролиты как жидкое хлюпание вокруг в автомобильной батарее.
Наш был твердым гелем».Они проверили эту мини-гибридную батарею на то, сколько энергии она могла держаться и с каким количеством циклов зарядки и освобождения она могла обращаться перед прекращением.Они сравнили мягкую посадку с традиционно сделанными гибридными батареями, которые были сделаны с техникой, названной смещением электроспрея. Они использовали стандартного АНГЛИЧАНИНА, содержащего положительно заряженные ионы натрия.
Аплодисменты для АНГЛИЧАНКоманда нашла, что у гибридных электродов АНГЛИЧАНИНА, сделанных с мягкой посадкой, была максимальная способность аккумулирования энергии. Они могли считать одну треть большим количеством энергии, чем углеродные суперконденсаторы нанотрубки собой, которые были включены как минимальная исполнительная оценка. И гибриды мягкой посадки держали приблизительно на 27 процентов больше энергии, чем традиционно сделанный электроспрей внес электроды.
Чтобы удостовериться команда использовала оптимальное количество АНГЛИЧАНИНА, они сделали гибридные электроды, используя различные суммы и проверили, какой привел к самой высокой мощности. Мягкая посадка произвела самую высокую мощность, в целом используя самое низкое количество АНГЛИЧАНИНА. Это указало, что электроды использовали активный материал чрезвычайно эффективно.
В сравнении обычные, основанные на натрии электроды АНГЛИЧАНИНА потребовали, чтобы вдвое больше материала АНГЛИЧАНИНА достигло их самой высокой мощности.Традиционно сделанные устройства использовали больше АНГЛИЧАНИНА, но команда еще не могла высчитать их. У них могла бы на самом деле быть более длинная продолжительность жизни, чем мягкая посадка произвела электроды. Проверить, что, обвиненная команда и освободила от обязательств гибриды 1,000 раз и имела размеры, сколько времени они продлились.
Когда они сделали в предыдущих тестах, мягкое приземление базировалось, устройства выполнили лучшее, проигрывающий только несколько мощностей процента после 1 000 циклов. Голые суперконденсаторы вошли вторые, и основанные на натрии, традиционно сделанные устройства, потерянные о дважды мощности мягко посаженных устройств. Это предполагает, что у метода мягкой посадки есть потенциал, чтобы удвоить продолжительность жизни этих типов гибридных батарей.Хороший взгляд
Команда была удивлена, что потребовалось так мало материала АНГЛИЧАНИНА, чтобы иметь такое большое значение к углеродным суперконденсаторам нанотрубки. В развес количество АНГЛИЧАНИНА было просто одной пятой процента суммы углеродного материала нанотрубки.«То, что емкость достигает максимума с таким маленьким АНГЛИЧАНИНОМ, и затем понижается с больше, замечательно», сказал Ласкин. «Мы не ожидали, что такое небольшое количество АНГЛИЧАНИНА сделает такой большой вклад в емкость».
Они решили исследовать структуру электродов, используя мощные микроскопы в EMSL, Экологической Молекулярной Научной Лаборатории, Офисе САМКИ Научного Пользовательского Средства на PNNL. Они сравнили мягкую посадку с традиционно сделанными, электродами АНГЛИЧАНИНА натрия.
Мягкая посадка создала маленькие дискретные группы АНГЛИЧАНИНА, усеивающего углеродные нанотрубки, но обычный метод привел к большим глыбам групп АНГЛИЧАНИНА, затопляющих нанотрубки, совокупности до десяти раз размер сделанных мягкой посадкой.Этот результат намекнул исследователям, что, удаляя положительные ионы от АНГЛИЧАНИНА стартовый материал позволил отрицательным ионам рассеиваться равномерно по поверхности.
Пока положительные ионы, такие как натрий остались, АНГЛИЧАНИН и натрий, кажется, преобразовывают прозрачный материал и совокупность на поверхности. Это препятствовало тому, чтобы большая часть АНГЛИЧАНИНА делала свою работу в батарее, таким образом уменьшая способность.
Когда команда уменьшила масштаб немного и рассмотрела нанотрубки сверху, традиционно сделанные электроды были покрыты большими совокупностями АНГЛИЧАНИНА. Мягко посаженные электроды, однако, были удивительно неотличимы от голых углеродных суперконденсаторов нанотрубки.В будущем исследовании команда хочет исследовать, как заставить углеродные материалы принимать больше АНГЛИЧАНИНА, который мог бы увеличить способность и продолжительность жизни еще больше.
Эта работа была поддержана Офисом Министерства энергетики Науки и Совместным Центром Исследования Аккумулирования энергии, Инновационного Центра Министерства энергетики.