Energijos kaupimas: nanodiskai sukrauti | NPP Azijos medžiagos

Energijos kaupimas: nanodiskai sukrauti | NPP Azijos medžiagos

Anonim

Dalykai

  • Baterijos
  • Grafenas

Dviejų matmenų neorganinių „nanodiskų“ savaiminis surinkimas padidina ličio jonų akumuliatorių talpą.

Dvimatės medžiagos, tokios kaip grafenas, akumuliatorių tyrinėtojams pasirodė neįkainojamos, nes jų lakštai panašūs paviršiai gali absorbuoti didelius krūvius. Visų pirma lakštai, pavyzdžiui, pereinamieji metalo chalkogenidai, pastaruoju metu yra patrauklūs energiją kaupiantys, nes tokių junginių suformuoti lakštai gali lengvai sujungti ličio jonus. Jinwoo Cheonas ir kolegos iš Yonsei universiteto ir Seulo nacionalinio universiteto Korėjoje dabar atrado būdą, kaip chalkogenidinį cirkonio disulfidą (ZrS 2 ) paversti dviejų matmenų nanoskalės diskais, galinčiais padidinti ličio įkrovimo ir iškrovimo pajėgumus daugiau nei 200%, palyginti su dideliais mėginiais. . 1

Paėmus ZrS 2 iš birių, sluoksniuotų medžiagų iki nanoskalės lakštų, gali padidėti energijos kaupimas, atveriant daugiau paviršiaus ploto ir pagerinant ličio jonų sklaidą. Tačiau nulupti šiuos sluoksnius yra sudėtinga dėl nestabilių, „kabančių“ jungčių, taškančių dvimatį paviršių.

Image

1 pav. ZrS 2 „nanodiskų“, galinčių sukrauti kartu ir sujungti didelius ličio jonų tankius, schema. © 2011 ACS

Cheonas ir jo bendradarbiai, norėdami išspręsti šią problemą, laikėsi koloidų principo. Naudodami paviršinio aktyvumo medžiagą, vadinamą oleilaminu, ZrS 2 suskaidė į dvi dimensijas, tyrėjai sugebėjo išskirti junginį kaip plonus, apvalius lakštus (žr. Paveikslėlį). Perdavimo elektronų mikroskopija parodė, kad ši paprasta procedūra davė vienkristalinius ZrS2 diskus, kurių vidutinis skersmuo buvo 20 nm. Reakcijos laiko pratęsimas leido komandai gaminti didesnius, 60 nm diskus, išlaikant 1, 6 nm ploniausią plotį.

Nors tyrėjai iš pradžių išskyrė ZrS 2 nanodiskus kaip koloidinę dispersiją, jie netrukus išsiaiškino, kad medžiagų panardinimas į polinį tirpiklį išprovokavo unikalią savaiminio susiformavimo reakciją. Tarp apsauginių paviršiaus aktyviųjų medžiagų molekulių patrauklios jėgos privertė diskus susikaupti į tiksliai apibrėžtus cilindrus, primenančius monetų ritinį.

Tarp kiekvieno sukrauto disko buvo santykinai tuščias 1, 5 nm tarpas - puikiai tinka pritaikyti įvairias molekules ir jonus, teigia Cheonas. Sluoksniuotų medžiagų kaip anodų panaudojimas ličio jonų akumuliatoriuose atskleidė ryškų nanoskalės efektą: mažesni diskai turėjo daugiau jonų ir turėjo greitesnį įkrovimo bei išsikrovimo greitį nei platesni diskai - kritinis atradimas kuriant naujos kartos baterijas.

„Dėl daugybės mūsų nanodiskų sluoksnių jie yra ypač naudingi energijos kaupimui, katalizei ir atskyrimui“, - sako Cheonas. Kitas komandos tikslas - išplėsti savo sistemos universalumą tiriant saulės energijos konversijos programas.

Autoriai

Šį tyrimo akcentą patvirtino originalaus straipsnio autorius, o visus empirinius duomenis pateikė pats autorius.