"Ion highway" -elektroden zorgen voor de ontwikkeling van batterijen die in seconden worden opgeladen

Anonim

"Ion highway " elektroden stimuleren de ontwikkeling van batterijen die binnen enkele seconden worden opgeladen

Elektronica

Michael Irving

11 juli 2017

Een elektrode gemaakt van het 2D-materiaal MXene kan leiden tot batterijen die binnen enkele seconden worden opgeladen (Credit: Drexel University)

Supercondensatoren kunnen energie veel sneller opladen en afgeven dan batterijen, maar ze kunnen niet zoveel opslaan. Nu heeft een team van Drexel University het tweedimensionale materiaal MXene gebruikt om een ​​nieuw type elektrode te ontwikkelen, waarbij de capaciteit van een gewone batterij wordt gecombineerd met de snelheid van een supercondensator, wat kan leiden tot apparaten die binnen enkele seconden worden opgeladen.

De angst voor een langzaam oplaadbare batterij is iets waar we allemaal bekend mee zijn, dus het is niet verbazingwekkend dat technici aan dit probleem werken. We hebben al gezien dat teams het probleem aanpakken met nanodots om de elektrodecapaciteit en elektrolytprestaties te verbeteren, en flexibele supercondensatoren met betere oplaadtijden en levensduur. De eerste stap van het Drexel-team om een ​​betere balans te vinden tussen snelheid en opslag, was om de nieuwe elektroden uit MXene te maken, een 2D-materiaal dat zeer geleidend is.

"Dit document weerlegt het algemeen aanvaarde dogma dat chemische ladingopslag, gebruikt in batterijen en pseudocapacitors, altijd veel langzamer is dan fysieke opslag die wordt gebruikt in elektrische dubbellaags condensatoren, ook wel supercondensatoren genoemd, " zegt Yury Gogotsi, hoofdonderzoeker bij de team. "We demonstreren het opladen van dunne MXene-elektroden in tientallen milliseconden. Dit wordt mogelijk gemaakt door een zeer hoge elektronische geleiding van MXene.Dit maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van ultrasnelle energieopslagapparaten die binnen enkele seconden kunnen worden opgeladen en ontladen, maar veel meer energie kunnen opslaan dan conventionele supercondensatoren. "

De structuur van de elektroden is net zo belangrijk als het materiaal. Om een ​​lading op te slaan, worden ionen vastgehouden in poorten die redox-actieve sites worden genoemd, dus hoe meer van deze poorten er zijn, hoe meer energie de batterij kan opslaan. Het nieuwe elektrodepakket bevindt zich niet alleen op meer redox-actieve sites, maar ook op "s " macroporeuze ", wat betekent dat het veel kleine openingen heeft om meer ionen tegelijkertijd de poorten te laten bereiken.

"In traditionele batterijen en supercondensators hebben ionen een kronkelig pad naar laadopslagpoorten, wat niet alleen alles vertraagt, maar het creëert ook een situatie waarin heel weinig ionen hun bestemming daadwerkelijk bereiken tegen hoge laadsnelheden, " zegt Maria Lukatskaya, eerste auteur van het papier. "De ideale elektrodearchitectuur zou iets zijn als ionen die naar de havens gaan via multi-lane, high-speed 'highways, ' in plaats van het nemen van enkelbaanswegen. Ons macroporeuze elektrodeontwerp behaalt dit doel, wat snel laden mogelijk maakt - in de orde van enkele seconden of minder. "

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Energy.

Bron: Drexel University

Een elektrode gemaakt van het 2D-materiaal MXene kan leiden tot batterijen die binnen enkele seconden worden opgeladen (Credit: Drexel University)