Täislaadimine 18 sekundiga? ! Enam ei pea muretsema kodust lahkumise ja aku tühjenemise pärast...

Akusid energiaallikana kasutavad mobiiltelefonid, arvutid, tahvelarvutid jm on saanud meie elu osaks ning üha enam inimesi hakkab kannatama "elektriärevus", samal ajal on uute energiasõidukite populaarsuse tõus. muutis inimeste jaoks pikkade akude laadimise üha keerulisemaks – kiiremini! Laadige akut veidi kiiremini! Sellest sai kõigi ühine soov.

See soov võib peagi täituda. Hiljuti töötas Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikooli riikliku sünkrotronkiirguse labori professori Song Li meeskond välja kiirlaadimisvõimega aku.

 

Täna räägime sellest uuringust lähemalt.

 

Liitiumioonaku on laialdaselt tunnustatud energiasalvestusseade. Suure energiatiheduse ja laia töötemperatuuri vahemiku eeliste tõttu on liitiumioonakud hõivanud valdava enamuse kaubanduslikest akudest. Kasutatav orgaaniline elektrolüüt kahjustab aga inimkeha ning liitiumiressursside nappus toob tulevikus kaasa akuturu nappuse.

 

Tsink-ioonaku kui uus talent energia salvestamise valdkonnas ei ole mitte ainult kõrge teoreetilise energiatihedusega, vaid sellel on ka mittetoksiline vee elektrolüüt, mis tagab ohutu ja tõhusa tootmise ja kasutamise. Lisaks vähendavad odavad ja rikkalikud tsingiressursid oluliselt ka akude kasutamise kulusid, millest tulevikus arvatakse saada liitium-ioonakude potentsiaalne asendus.

Kuigi materjalide kasutuses on palju erinevusi, on tsingi-ioonakude ja liitiumioonakude tööseisund laadimis- ja tühjendusprotsessis väga sarnane.

 

Aku katoodmaterjal on sageli kihiline: aku tühjenemise käigus sisestatakse liitiumioonid (või tsingiioonid) säilitamiseks katoodmaterjali kihti; Aku laadimise ajal väljuvad liitiumioonid (või tsingiioonid) positiivsest materjalikihist ja naasevad negatiivsele elektroodile.

Üldiselt on aku tööpõhimõte ioonide migratsiooni ja elektronide ülekande protsess.

Aku kiire laadimise põhimõte

Niisiis, kuidas saavutatakse selle teadusliku uurimistöö käigus kiire laadimise aku?

 

1. Laiendage ioonide transpordikanaleid

 

Nagu eespool mainitud, on tsingioonakude laadimis- ja tühjendusprotsess pideva ioonide migratsiooni protsess. Kui soovite salvestada võimalikult palju aku mahtu lühikese aja jooksul, peate looma tsingiioonide jaoks suure salvestusruumi.

 

Esiteks keskendusid teadlased reguleeritava ruumilise struktuuriga kihilistele vanaadiumpentoksiidi materjalidele. Kihiline vanaadiumpentoksiidi materjal on struktureeritud nii, nagu oleks see paigutatud mitme paralleelse plaadiga. Kihilise katoodmaterjali kihtide vahe suurendamiseks võib suuremaid ammooniumiioone eelnevalt interkaleerida. Selle eesmärk on lisada nende kihtide vahele eelnevalt mõned sambad, et suurendada kihtide vahet.

 

Ammooniumiioonide toel saavad tsingiioonid positiivse elektroodi materjalis kergemini migreeruda ning suurem vahekiht võib samuti tõhusalt parandada aku energiasalvestusvõimet.

 

 

2. Orbiidi hõivamise reguleerimisest kuni elektronide ülekande kiirendamiseni

Oluline on teada, et aku energia salvestamise protsess on tihedalt seotud ioonide migratsiooni ja elektronide ülekandega. Kui tsingiioonid sisenevad katoodi materjalikihti säilitamiseks, kanduvad ka mõned elektronid üle katoodi materjali, et säilitada üldine laengutasakaalu. Seetõttu on väga oluline uurida ka interkaleerunud ioonide mõju kihiliste materjalide elektronstruktuurile.

 

Siiski on tavapäraste katsemeetoditega raske selgelt uurida materjalide sisemisi aatom- ja elektroonilisi struktuure. Seetõttu on tuvastamiseks vaja täiustatud sünkrotronkiirguse iseloomustamise tehnikaid. Lihtsamalt öeldes võib sünkrotronkiirguse tehnoloogiat mõista kui "supermikroskoobi" täiustatud versiooni, kasutades selle suurt heledust ja lairiba omadusi, et näha aine sisemist struktuuri.

Seda tehnikat kasutades uurisid teadlased vanaadiumpentaoksiidi materjali aatomiorbitaalide hõivamise muutusi pärast ammooniumioonide sammaste sisestamist kihtide vahele ning laadimis- ja tühjenemisprotsessi pöörduvat arengut.

 

Siin tutvustame esmalt elektroonilise struktuuri põhikontseptsiooni.

 

Tuumaväliste elektronidega elementide puhul ei ole nende elektronid risustatud, vaid paiknevad orbiitidel. Veelgi enam, elektronid hõivavad alati kõigepealt madalama energiaga orbitaalid, st keskmes olevad tuumad, mis on paigutatud seest väljapoole.

 

Vanaadiumi puhul on selle valentselektronide paigutus näidatud allpool, väliskihis on viis valentselektroni. Vanaadiumpentoksiidis kasutatakse hapnikuaatomitega sidumiseks kõiki viit elektroni. Sel hetkel on vanaadiumi 3d orbitaal tühi orbitaal, mida elektronid ei hõivata.

 

 

3. Kristallstruktuuri ja elektroonilise struktuuri topeltregulatsioon muudab kiire laadimise ja stabiilse tsükli reaalsuseks

Seda uut katoodmaterjali kasutades saavutab zn-ioon aku võimsuse 101mAh/g voolutiheduse 200C juures ning laadimine võtab aega vaid 18s. Samal ajal tagab vee elektrolüüt ka tsirkulatsiooniprotsessi ohutuse ja vähendab keskkonnasaastet.

 

Selles artiklis on kihiliste materjalide kihtide vahe ja orbiidi hõivamise olek kavandatud ja reguleeritud materjalide kristallstruktuuri ja elektroonilise struktuuri alusel. Samal ajal koos täiustatud sünkrotronkiirguse iseloomustusvahenditega on materjali struktuuri areng intuitiivsem ja selgem, nii et kiire laadimisomadustega positiivse elektroodi materjal on võimalik.

 

Võib-olla saab selliseid materjale lähitulevikus kasutada elektroonikatoodetes ja isegi ühistranspordis. Laadimisaja märkimisväärne vähenemine võib muuta inimeste elu tõhusamaks ja mugavamaks; Ohutu ja puhas akumaterjal võib samuti vähendada keskkonnakoormust. Uskuge, et tehnoloogia muudab selle päeva enam kaugeks.