Пълно зареждане за 18 секунди? ! Вече няма да се притеснявате, че ще напуснете къщата и ще изтощите батерията...

Мобилните телефони, компютри, таблети и т.н., които използват батерии като източници на енергия, са станали част от живота ни и все повече и повече хора започват да страдат от „безпокойство от електричество“, в същото време нарастващата популярност на новите енергийни превозни средства направи все по-трудно за хората да зареждат дълги батерии - по-бързо! Заредете батерията малко по-бързо! Това стана общо желание на всички.

Това желание може скоро да се сбъдне. Наскоро екипът на Song Li, професор в Националната лаборатория за синхротронно лъчение към Университета за наука и технологии на Китай, разработи батерия с възможност за бързо зареждане.

 

Днес ще говорим повече за това изследване.

 

Литиево-йонната батерия е широко признато устройство за съхранение на енергия. С предимствата на висока енергийна плътност и широк работен температурен диапазон, литиево-йонните батерии заемат по-голямата част от търговските батерии. Използваният органичен електролит обаче има известна вреда за човешкото тяло и недостигът на литиеви ресурси ще доведе до недостиг на пазара на батерии в бъдеще.

 

Цинково-йонната батерия, като нов талант в областта на съхранението на енергия, не само има висока теоретична енергийна плътност, но също така има нетоксичен воден електролит, осигуряващ безопасно и ефективно производство и приложение. В допълнение, евтините и изобилни цинкови ресурси също значително намаляват разходите за използване на батерии, очаква се да се превърнат в потенциален заместител на литиево-йонните батерии в бъдеще.

Въпреки че има много разлики в използването на материалите, работното състояние на цинково-йонните батерии и литиево-йонните батерии в процеса на зареждане и разреждане е много сходно.

 

Катодният материал на батерията често е наслоен: по време на процеса на разреждане на батерията, литиеви йони (или цинкови йони) ще бъдат вградени в слоя на катодния материал за съхранение; По време на процеса на зареждане на батерията литиевите йони (или цинковите йони) ще излязат от положителния материален слой и ще се върнат към отрицателния електрод.

Като цяло принципът на работа на батерията е процес на йонна миграция и пренос на електрони.

Принципът на бързо зареждане на батерията

И така, в това научно изследване как се постига бързото зареждане на батерията?

 

1. Разширете каналите за йонен транспорт

 

Както бе споменато по-горе, процесът на зареждане и разреждане на цинково-йонните батерии е процес на непрекъсната миграция на йони. Ако искате да съхраните възможно най-голям капацитет на батерията за кратък период от време, трябва да създадете голямо пространство за съхранение на цинкови йони.

 

Първо, изследователите се фокусираха върху слоести материали от ванадиев пентоксид с регулируема пространствена структура. Слоестият материал от ванадиев пентоксид е структуриран така, сякаш е подреден от множество успоредни плочи. За да се увеличи разстоянието между слоевете на слоестия катоден материал, по-големите амониеви йони могат да бъдат предварително интеркалирани. Това е, за да добавите няколко стълба между тези слоеве предварително, за да увеличите разстоянието между слоевете.

 

С помощта на амониеви йони, цинковите йони могат по-лесно да мигрират в материала на положителния електрод, а по-голямото междинно пространство може също така ефективно да подобри капацитета за съхранение на енергия на батерията.

 

 

2. От регулиране на орбиталната заетост до ускоряване на преноса на електрони

Важно е да знаете, че процесът на съхранение на енергия на батерията е тясно свързан с миграцията на йони и преноса на електрони. Когато цинковите йони влязат в слоя катодния материал за съхранение, някои електрони също ще бъдат прехвърлени към катодния материал, за да се поддържа общият баланс на заряда. Следователно също така е много важно да се изследва влиянието на интеркалираните йони върху електронната структура на слоестите материали.

 

Въпреки това, конвенционалните методи за изпитване са трудни за ясно изследване на вътрешните атомни и електронни структури на материалите. Следователно са необходими по-усъвършенствани техники за характеризиране на синхротронно лъчение за откриване. Просто казано, технологията за синхротронно излъчване може да се разбира като подобрена версия на "супермикроскопа", използвайки неговата висока яркост и широколентови характеристики, за да видите вътрешната структура на материята.

Използвайки тази техника, изследователите изследваха промените в атомната орбитална заетост в материала на ванадиевия пентаоксид след вмъкването на колони от амониеви йони между слоевете и обратимата еволюция на процеса на зареждане и разреждане.

 

Тук първо въвеждаме основната концепция за електронна структура.

 

За елементи с извънядрени електрони техните електрони не са претрупани, а са подредени в орбити. Освен това електроните винаги заемат първо по-ниските енергийни орбитали, тоест ядрата в центъра, подредени отвътре навън.

 

За ванадий разположението на валентните му електрони е показано по-долу, с пет валентни електрона във външния слой. Във ванадиевия пентоксид всичките пет електрона се използват за свързване с кислородни атоми. В този момент 3d орбитала на ванадий е празната орбитала, която не е заета от електрони.

 

 

3. Двойното регулиране на кристалната структура и електронната структура прави бързото зареждане и стабилният цикъл реалност

Когато се използва този нов катоден материал, zn-йонната батерия постига капацитет от 101mAh/g при плътност на тока от 200C, а зареждането отнема само 18s. В същото време водният електролит също така осигурява безопасността на процеса на циркулация и намалява замърсяването на околната среда.

 

В тази статия разстоянието между слоевете и състоянието на орбиталната заетост на слоестите материали са проектирани и регулирани от кристалната структура и електронната структура на материалите. В същото време, комбинирано с усъвършенстваните средства за характеризиране на синхротронно лъчение, еволюцията на структурата на материала е по-интуитивна и ясна, така че материалът на положителния електрод с характеристики на бързо зареждане е възможен.

 

Може би в близко бъдеще такива материали могат да бъдат използвани в електронни продукти и дори в обществения транспорт. Значителното намаляване на времето за зареждане може да направи живота на хората по-ефективен и удобен; Безопасните и чисти материали за батерии също могат да намалят тежестта върху околната среда. Вярвайте, че технологията ще направи този ден недалеч.