Gumagamit ang MIT ng mga neutron sa drive upang mapabuti ang pag-iimbak ng enerhiya sa mga supercapacitor

Sa Oak Ridge National Laboratory, ang mga mananaliksik sa MIT ay gumamit ng mga neutron upang mapag-aralan ang materyal na MOF, na maaaring isang araw ay magsilbing masungit na supercapacitor at potensyal na mga propulsyon na sasakyan. Kredito: ORNL / Jill Hemman

Ang mga baterya ay naglalaman ng mga kemikal na nag-iimbak at naglalabas ng kuryente na medyo mabagal kumpara sa mga capacitor, na kadalasang ginagamit sa mga aplikasyon na nangangailangan ng mabilis na supply ng enerhiya.

Ang mga capacitor ay maaaring mabilis na singilin at palabasin ang enerhiya gamit ang mga electric field upang maiimbak ang mga singil sa mga negatibo at positibong plate. Ang mga plato ay pinaghiwalay ng isang electrolyte, isang solid o likidong materyal na nagsasagawa ng mga ions. Ang pagkilos ng isang positibo o negatibong potensyal na de-kuryente sa kapasitor ay sanhi ng pagdaloy ng mga ions sa isang direksyon o sa iba pa.

Ang mga mas bagong capacitor, na tinatawag na supercapacitors, ay gawa sa mga advanced na pinaghalong materyales at nanomaterial na nag-aalok ng mas mataas na kapasidad sa pag-iimbak ng enerhiya at mas mataas na pagganap na may halos walang limitasyong buhay sa pag-ikot. Gayunpaman, kahit na ang mas mataas na mga density ng enerhiya ay kinakailangan upang ang mga supercapacitor ay maaaring isang araw maglingkod bilang nag-iisang mapagkukunan ng enerhiya sa mga application na may mahusay na pagganap tulad ng mga de-koryenteng sasakyan.

Ang mga mananaliksik sa Massachusetts Institute of Technology ay nagsagawa ng neutron na pagsasaliksik sa Oak Ridge National Laboratory sa Department of Energy (DOE) upang siyasatin ang isang bago, napakalubhang nanomaterial na maaaring gumana bilang masungit na superenergetic capacitor. Ang mga resulta ng pag-aaral ay na-publish sa Inilapat na Chemistry International Edition.

MAY Kamakailan-lamang na binuo ng isang materyal na metal-organikong frame na may mahusay na koryente sa koryente at kapasidad sa pag-iimbak ng enerhiya, “sabi ni Mircea Dincă, WM Keck Energy Professor sa Kagawaran ng Chemistry sa MIT. “Kung mas maintindihan natin kung paano nag-iimbak at naglalabas ng napakabilis na kuryente ang MOF, maaari natin itong gawing isang matatag na materyal na supercapacitor.”

Ang pag-unlad ng isang bagong henerasyon ng mga materyal na elektrod ay nangangailangan ng isang masusing kaalaman sa kanilang mga mekanismo ng pag-iimbak ng enerhiya. MOF ang mga ito ay mala-kristal na materyales na binubuo ng mga metal ions at mga organikong molekula at may mga micropores, na ginagawang magagandang modelo para sa pag-aaral ng mga mekanismo ng pagsingil at paglabas.

Upang maimbestigahan ang mekanismo ng adsorption ng ion sa porous conductive MOF, gumawa ang koponan ng MIT ng mga electrode mula sa materyal at ibabad ito sa isang solvent na naglalaman ng sodium triflate electrolyte. Pinayagan nito ang positibo at negatibong pagsingil ng mga ions na malayang dumaloy nang i-on o i-off ng mga siyentipiko ang boltahe at inilipat ito sa negatibo o positibo at pabalik.

Gamit ang mga maliliit na anggulo na neutron na nagkakalat na mga eksperimento sa ORNL’s high-flux isotope reactor (HFIR), nalaman ng mga mananaliksik na kapag ang inilapat na boltahe ay zero, ang mga sodium ions sa electrolyte ay bumubuo ng isang manipis na layer sa mga block ng gusali na tulad ng MOF habang ang mga solvent molekula ay tumagos sa mga pores. Ang pagkilos ng isang positibo o negatibong boltahe ay nagdudulot ng sodium ions at triflate ions, ayon sa pagkakabanggit, upang makapasok din sa mga pores. Ang kasunod na pagbaligtad ng polarity ay sanhi ng mga ions sa loob ng pores na lumipat sa posisyon sa mga nasa labas.

Ipinakita ng data ng Neutron na ang mga mekanismo ng pag-iimbak ng singil sa micropores ay lubos na nakasalalay sa polariseysyon ng mga electrode. Ang mga natuklasan na ito ay nagbibigay ng isang bagong pananaw sa mga mekanismo ng pag-iimbak ng singil sa mga nanomaterial.

“Ang mga MOF ay karaniwang may mataas na porosity ngunit hindi maganda ang kondaktibiti sa kuryente, na naglilimita sa kanilang paggamit sa mga application na may mahusay na pagganap,” sabi ni Lilin He, isang neutron na nagkakalat ng siyentista sa ORNL. “Ang kondaktibong MOF na ito ay isang napakaliliit na namomaterial na may napakalaking kabuuang lugar sa ibabaw, isinasaalang-alang ang lahat ng panloob na mga pores, puwang at mga ibabaw.”

“Ang pantay na kahalagahan para sa kondaktibiti nito ay ang MOF na ito na nagpakita lamang ng 10% pagkawala ng kapasidad at walang pagtaas sa panloob na pagtutol ng elektrisidad kahit na pagkatapos ng 10,000 cycle, na maaaring magpahiwatig ng mahusay na tibay para sa mga komersyal na aplikasyon sa hinaharap,” dagdag niya.

Ang pagsabog ng neutron ay isang mainam na tool para sa pagsubaybay sa aktibidad ng ion sa loob ng MOF, dahil ang mga neutron ay maaaring tumagos nang malalim sa halos anumang materyal. Sensitibo din sila sa pagkakaroon ng mga light element, tulad ng deuterium (isang isotope ng hydrogen), na idinagdag ng mga siyentista sa electrolyte. Ang deuterated hydrogen sa electrolyte ay nagbigay ng kaibahan upang matulungan matukoy kung nasaan ang mga ions – kahit na sa loob ng milyon-milyong mga pores sa MOF.

Plano din ng mga mananaliksik na gumawa ng mga pagkakaiba-iba ng materyal na MOF at pag-aralan muli ang kanilang mga kakayahan sa enerhiya na gumagamit ng mga neutron upang matukoy kung ang mga ito ay mas mahusay at mas mabilis at kung paano sila gumagana sa mas mataas na voltages.

Sanggunian: “Ang pagmamasid sa ionic electrosorption sa metal-organic frame micropores na may neutron na nagkakalat Sa Operando” Dr. Lilin He, Luming Yang, prof. Mircea Dincă, Dr. Rui Zhang at Dr. Jianlin Li, Marso 11, 2020 Inilapat na Chemistry International Edition.
DOI: 10.1002 / anie.201916201

Ang pagsasaliksik sa Neutron ay suportado ng DOE Office of Science at Laboratory Directed Research and Development program sa ORNL.

Ang HFIR ay ang DOE Office of Science User Facility. Ang ORNL ay pinamamahalaan ng UT-Battelle LLC para sa DOE Science Office, ang pinakamalaking tagataguyod ng pangunahing pananaliksik sa pisikal na agham sa Estados Unidos. Ang Tanggapan ng Agham ng DOE ay nagtatrabaho upang tugunan ang pinakapilit na hamon sa ating panahon.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Aktibidad sa Mga Circuit Panganib sa Utak na Maaaring Mahulaan ang mga Pagbabago sa Mga Presyo ng Stock

Ni Lipunan para sa Neuroscience Marso 8, 2021 Buong katibayan ng utak na ang aktibidad sa hinulaang mga rehiyon ay hinuhulaan ang direksyon ng presyo ng...

Ang Bagong Bakuna ng Nasal Spray ng COVID Gumagamit ng Teknolohiya ng Paglipat ng Gene

Ang isang bakunang ginawa ng isang bioreactor ay sumasailalim sa karagdagang pagproseso sa isang sterile na lamina ng daloy ng laminar. Larawan mula...

Ang pinagmulan ng sunscreen na itim na mga butas at ang kaugnayan nito sa madilim na bagay

Ano ang pinagmulan ng mga itim na butas at paano nauugnay ang katanungang iyon sa isa pang misteryo, ano ang bagay ng kadiliman? ...

Ang mga pulso ng laser ay kumikilos bilang isang tool sa pagpoproseso ng grade pang-industriya

Ang isang plato ng silicon dioxide 350 μm makapal na may mataas na kalidad na mga slits ng baso na may diameter na 0.25...

Paano napupunta ang mga plastik na labi sa mga basura ng karagatan

Hinulaan ang mga alon ng posibilidad ng reaksyon sa mga labi (pulang kahon) ng mga labi ng dagat. Ang mga itim na kahon...

Newsletter

Subscribe to stay updated.