Жидкие Интерфейсные Реакции ORNL, Структуры и транспортируют (ПЕРВУЮ) исследовательскую группу, используя просматривающий микроскопию исследования, сделанную доступный через Центр Материаловедения Нанофазы (CNMS) пользовательская программа, наблюдали впервые в наноразмерном и в жидкой окружающей среде, как ионы перемещаются и распространяются между слоями двумерного электрода во время электрохимической езды на велосипеде. Эта миграция очень важна для понимания, как энергия сохранена в материале, названном MXene, и что ведет его исключительные свойства аккумулирования энергии.«Мы развивали технику для жидкой окружающей среды, которая позволяет нам отслеживать, как ионы входят в места промежуточного слоя.
Есть очень мало информации о том, как это на самом деле происходит», сказали Нина Болк, одна из команды исследователей, работающих с Юрием Гогоци Университета Дрекселя в ПЕРВОМ Центре, Офисе САМКИ Научного энергетического Пограничного Научно-исследовательского центра.«Свойства аккумулирования энергии были характеризованы в микроскопическом масштабе, но никто не знает то, что происходит в активном материале по наноразмерному с точки зрения вставки иона и как это затрагивает усилия и напряжения в материале», сказал Болк.Так называемый материал MXene – который действует как двумерный электрод, который мог быть изготовлен с гибкостью листка бумаги – основан на керамике фазы МАКСА, которые были изучены в течение многих десятилетий.
Химическое удаление «A» слоя оставляет двумерные хлопья состоявшими из слоев металла перехода – «M» – прослаивание углерода или слоев азота («X») в получающемся MXene, который физически напоминает графит.Эти MXenes, которые показали очень высокую емкость или способность сохранить электрическое обвинение, были только недавно исследованы как среда аккумулирования энергии для современных батарей.«Передача взаимодействия и обвинения иона и слоев MXene очень важна для его представления в качестве среды аккумулирования энергии.
Адсорбционные процессы ведут интересные явления, которые управляют механизмами, которые мы наблюдали посредством просмотра микроскопии исследования», сказал ПЕРВЫЙ исследователь Джереми Коум.Исследователи исследовали, как ионы входят в материал, как они двигаются однажды в материалах и как они взаимодействуют с активным материалом.
Например, если катионы, которые положительно заряжены, введены в отрицательно заряженный материал MXene, материальные контракты, став более жесткими.То наблюдение заложило основу для исследования просмотра основанная на микроскопии наноразмерная характеристика. Исследователи измерили местные изменения в жесткости, когда ионы входят в материал. Есть прямая корреляция с образцом распространения ионов и жесткостью материала.
Приезжайте отмеченные, что ионы вставлены в электрод в решении.«Поэтому мы должны работать в жидкой окружающей среде, чтобы вести ионы в материале MXene.
Тогда мы можем измерить механические свойства на месте на различных стадиях хранения обвинения, которое дает нам прямое понимание о том, где ионы сохранены», сказал он.До этого исследования техника не была сделана в жидкой окружающей среде.Процессы позади вставки иона и ионных взаимодействий в материале электрода были вне досягаемости в наноразмерном до CNMS, просматривающего исследования группы микроскопии исследования.
Эксперименты подчеркивают потребность в анализе на месте, чтобы понимать наноразмерные упругие изменения в 2D материале и в сухой и во влажной окружающей среде и эффекте хранения иона на материале аккумулирования энергии со временем.Следующие шаги исследователей должны улучшить ионные пути распространения в материале и исследовать различные материалы от семьи MXene. В конечном счете команда надеется понять фундаментальный механизм процесса и механические свойства, которые позволили бы настраивать аккумулирование энергии, а также улучшать работу и целую жизнь материала.
ПЕРВАЯ исследовательская группа ORNL также обеспечила дополнительные вычисления и моделирования на основе плотности функциональная теория, которые поддерживают экспериментальные результаты. Работа была недавно издана в Журнале Продвинутые энергетические Материалы.