Tynde lag vand lover løfte om fremtidens energilagring

Forskere ved North Carolina State University har fundet ud af, at et materiale, der inkorporerer atomisk tynde lag vand, er i stand til at lagre og levere energi meget hurtigere end det samme materiale, der ikke indeholder vandlagene. Fundet rejser nogle interessante spørgsmål om væskers opførsel, når det er begrænset til denne skala, og det lover et udformning af fremtidens energilagringsteknologier.

"Dette er et bevis på konceptet, men tanken om at bruge vand eller andre opløsningsmidler til at 'tune' transporten af ​​ioner i et lagdelt materiale er meget spændende, "siger Veronica Augustyn, en adjunkt i materialevidenskab og teknik ved NC State og tilsvarende forfatter til et papir, der beskriver værket. "Den grundlæggende idé er, at dette kan gøre det muligt at lagre en øget mængde energi pr. Volumenhed, hurtigere diffusion af ioner gennem materialet, og hurtigere ladningsoverførsel.

"Igen, dette er kun et første skridt, men denne undersøgelseslinje kan i sidste ende føre til ting som tyndere batterier, hurtigere opbevaring til vedvarende energinet, eller hurtigere acceleration i elbiler ”Siger Augustyn.

"Målet for mange forskere inden for energilagring er at skabe teknologier, der har batteriers høje energitæthed og kondensatorers høje effekt, "siger James Mitchell, en ph.d. studerende ved NC State og hovedforfatter af papiret. "Pseudokondensatorer som den, vi diskuterer i avisen, vil muligvis give os mulighed for at udvikle teknologier, der bygger bro over dette kløft."

Til dette arbejde, forskerne sammenlignede to materialer:et krystallinsk wolframoxid og et lagdelt, krystallinsk wolframoxidhydrat - som består af krystallinske wolframoxidlag adskilt af atomisk tynde lag vand.

Når de to materialer oplades i 10 minutter, forskerne fandt ud af, at det almindelige wolframoxid lagrede mere energi end hydratet. Men da opladningsperioden kun var 12 sekunder, hydratet lagrede mere energi end det almindelige materiale. En ting der er spændende, siger forskerne, er, at hydratet lagrer energi mere effektivt - spilder mindre energi som varme.

"At inkorporere disse opløsningsmiddellag kan være en ny strategi for kraftfulde energilagringsenheder, der gør brug af lagdelte materialer, "Augustyn siger." Vi tror, ​​at vandlaget fungerer som en vej, der letter overførsel af ioner gennem materialet.

"Vi går nu fremad med National Science Foundation-finansieret arbejde med, hvordan vi kan finjustere dette såkaldte 'mellemlag, 'som forhåbentlig vil fremme vores forståelse af disse materialer og bringe os tættere på næste generations energilagringsenheder. "

Papiret, "Overgang fra batteri til pseudokondensator adfærd via strukturelt vand i wolframoxid, "er offentliggjort i tidsskriftet Kemi af materialer .