MIT naudoja „Neutrons in Drive“, kad pagerintų energijos kaupimą superkondensatoriuose

Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje MIT tyrėjai neutronais tyrė MOF medžiagą, kuri vieną dieną gali būti nuolatinis superkondensatorius ir potencialiai potenciali transporto priemonė. Kreditas: ORNL / Jill Hemman

Baterijose yra chemikalų, kurie gana lėtai kaupia ir išleidžia elektrą, palyginti su kondensatoriais, kurie dažnai naudojami tose programose, kurioms reikia greitai tiekti energiją.

Kondensatoriai gali greitai įkrauti ir išlaisvinti energiją naudodamiesi elektriniais laukais, kad kauptų krūvius neigiamose ir teigiamose plokštelėse. Plokštės elektrolitu atskiriamos nuo kietos ar skystos medžiagos, kuri perneša jonus. Kondensatoriui pritaikius teigiamą arba neigiamą elektrinį potencialą, jonai sklinda viena ar kita kryptimi.

Naujesni kondensatoriai, vadinami superkondensatoriais, yra pagaminti iš pažangių kompozicinių medžiagų ir nanomedžiagų, siūlančių didesnę energijos kaupimo talpą ir didesnę galią, jų ciklo trukmė beveik neribota. Tačiau norint, kad superkondensatoriai taptų vieninteliu energijos šaltiniu per dieną didelės galios, pavyzdžiui, elektrinėse transporto priemonėse, reikia ir didesnio energijos tankio.

Masačusetso technologijos instituto mokslininkai atliko neutronų tyrimą Energetikos departamente (DOE) Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje (ORNL), kad ištirtų naują labai porėtą nanomedžiagą, kuri gali būti labai energingas patvarus superkondensatorius. Tyrimo rezultatai buvo paskelbti 2008 m „Angewandte Chemie“ tarptautinis leidimas.

SU VIENU neseniai sukūrė metalinę ir organinę struktūrą, pasižyminčią puikiu laidumu elektrai ir energijos kaupimu “, – sakė Mircea Dincă, WM Keck energetikos profesorė MIT Chemijos katedroje.„ MOF geriau supranta, kaip ji taip greitai kaupia ir išleidžia tiek daug elektros energijos. jei taip padarysime, gal pavyks superkondensatorių paversti tvirta medžiaga “.

Norint sukurti naujos kartos elektrodines medžiagas, reikia išsamių žinių apie energijos kaupimo mechanizmus. MOFak tai yra kristalinės medžiagos, susidedančios iš metalo jonų ir organinių molekulių, ir turinčios mikroporų, todėl jos yra geri įkrovos ir iškrovos mechanizmų tyrimo modeliai.

Norėdami ištirti jonų adsorbcijos poringuose MOF MOF laidininkuose mechanizmą, komanda pagamino elektrodus su medžiaga ir panardino į tirpiklį, kuriame yra natrio elektrolito triflato. Tai leido teigiamai ir neigiamai įkrautiems jonams laisvai tekėti, kai tyrėjai įjungė arba išjungė įtampą ir grįžo neigiami arba teigiami ir grįžo.

Tyrėjai nustatė, kad mažo kampo neutronų sklaidos eksperimentai ORNL didelės emisijos izotopų reaktoriuje (HFIR), kai naudojama įtampa lygi nuliui, priverčia elektrolitą sudaryti ploną tirpiklio molekulių sluoksnį ant MOF strypo formos blokų. patekti į poras. Teigiant teigiamą ar neigiamą stresą, į poras patenka ir atitinkamai natrio jonai arba triflato jonai. Tada, pakeitus poliškumą, poros viduje esantys jonai keičia padėtį išorėje.

Neutroniniai duomenys parodė, kad krūvio kaupimosi mikroporose mechanizmai priklauso nuo elektrodų poliarizacijos. Šios išvados rodo naują požiūrį į nanomedžiagų krūvio kaupimo mechanizmus.

“MOF paprastai turi didelį poringumą, tačiau blogas laidumas elektrai, todėl jų naudojimas didelę galią turinčiuose įrenginiuose yra ribotas”, – sakė mokslininkas Lilinas He, neutronus išbarstantis ORNL. „Šis laidus MOF yra labai akyta nanomedžiaga, kurios bendras paviršiaus plotas atsižvelgia į visas vidines poras, ertmes ir paviršius.

“Jo laidumo svarba yra ta, kad šis MOF parodė 10% talpos praradimą ir vidinės elektrinės varžos padidėjimą net po 10 000 ciklų, o tai gali reikšti gerą ilgaamžiškumą būsimose komercinėse srityse”, – pridūrė jis.

Neutronų sklaida yra ideali priemonė stebint MOF viduje esančių jonų aktyvumą, nes neutronai gali prasiskverbti giliai į beveik bet kokią medžiagą. Jie jautriai reaguoja į šviesos elementų, tokių kaip deuteris (vandenilio izotopas), kuriuos tyrėjai pridėjo prie elektrolito, buvimą. Deuteruotas elektrolito vandenilis suteikė kontrastą, padedantį nustatyti jonų buvimo vietą net milijonuose MOF porų.

Mokslininkai planuoja gaminti kitos MOF medžiagos variacijas ir pakartotinai naudoti neutronus, kad ištirtų jų energijos galimybes ir nustatytų, kaip jie yra efektyvesni ir greitesni bei kaip elgiasi esant aukštesnei įtampai.

Nuoroda: Lilin He, Luming Yang, profesorius Mircea Dincă, dr. Rui Zhang ir dr. Jianlin Li, 2020 m. Kovo 11 d. „Jonų elektrorezorbcijos su metalinių ir organinių laukų mikroporomis stebėjimas operanduose su mažo kampo neutronų dispersija“. „Angewandte Chemie“ tarptautinis leidimas.
DOI: 10.1002 / anie.201916201

Paramą neutronų tyrimams teikė DOE mokslo biuras ir laboratorijų tyrimų ir plėtros programa ORNL.

HFIR yra DOE mokslo vartotojų biuras. ORNL valdo UT-Battelle LLC, skirta DOE mokslo biurui, vieninteliam iš didžiausių fizinių mokslų mokslinių tyrimų vykdytojų JAV. DOE mokslo biuras siekia išspręsti kai kuriuos aktualiausius mūsų laikų iššūkius.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pristatome 260 milijonų metų žmogžudystę

Anteozauro reinkarnacija užpuola žolėdį Moschognathus. Autorius: Alexas Bernardini (@SimplexPaleo) Kadangi manyta, kad jis sunkus, lėtas ir vangus, 260 milijonų metų senumo Anteosaurus buvo žiaurus...

Biokuras ir chemijos gamyba iš vaiko paslapčių

San Clemente salos ožka Elway gali daug ko išmokyti apie biologinį apdorojimą. Kreditas: UC Santa Barbara Pradedant biokuru ir kitomis cheminėmis medžiagomis, baigiant metano...

Dalelių fizikai problemą, vadinamą „persekiojimu“, sprendė daugiau nei 20 metų.

Iliustracija seka spindulio keliu, kai jis eina per stačiakampę, radijo dažnio, vario, magneto, juodojo dipolio ir modulinę matavimo sistemą ir į dalelių detektorių. ...

Kiek pavojinga yra nauja SARS-CoV-2 (COVID-19) viruso mutacija?

Darbas Ciklologijos ir imunologijos instituto (IVI) Aukšto saugumo laboratorijoje. Kreditas: © IVI Koks naujas mm pokytis. Balta Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo simptomais...

2D medžiagų paėmimas sukimui

„Spintronic“ skaičiavimo meno koncepcijos iliustracija. Tskubos universiteto Aukšto slėgio fizikos instituto mokslininkai kuria naują molibdeno disulfido tranzistorių, kuris sukuria elektronų sukimosi vaizdą, kuris galėtų atverti...

Newsletter

Subscribe to stay updated.