یونهای به دام افتاده ممکن است مسیری را برای باتریهای بهتر و موارد دیگر باز کنند

نویسنده مربوطه می گوید ، یک کشف مهم در هنگام تحقیق درباره باتری در دانشگاه ایالتی اورگان پیامدهای عمده ای برای اختراع مواد جدید با طیف گسترده ای از کاربردهای علمی و تجاری دارد.

بسیاری از مهمترین چالش های علمی ، محدودیت های موجود در مواد شناخته شده را ردیابی می کنند ، اما پدیده ای به نام "درج ضد یونی" توسط محققان کالج علوم OSU در را باز می کند "تعداد زیادی از مواد جامد جدید با مقادیر فراتر از رشته های مختلف بسیار فراتر از باتری. شیمی ، "گفت: Xiulei (دیوید) جی ، استادیار شیمی. "این نقطه آغاز یک میدان کاملاً جدید است."

به عنوان مثال ، باتری های طراحی شده با استفاده از این ساخت و ساز پتانسیل قابل توجهی برای ذخیره انرژی کم هزینه را نشان می دهند. در مقایسه با باتری های لیتیوم یونی که برای تغذیه تلفن های همراه ، لپ تاپ ها ، تجهیزات پزشکی ، ابزارهای برقی ، وسایل نقلیه و موارد دیگر استفاده می شود ، آنها ایمن تر و سازگار با محیط زیست هستند و می توانند از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر باشند.

یافته ها تازه در Carbon Energy منتشر شده اند .

تحقیق در مورد شیمی ذخیره سازی یون در مواد جامد - به طور خاص ، به دنبال آنیون ها و نه کاتیون ها برای ذخیره انرژی - جی و دکتری. دانش آموز هانگ جیانگ اکسید منگنز Mn3O4 را به عنوان الکترود موجود در باتری یون روی مورد آزمایش قرار داد.

آزمایش میزبانی از یون های روی ناموفق بود ، اما در عوض الکترود باتری کلرید بی سابقه ای را تحویل داد ، نشان می دهد که باتری های میزبان آنیون پس از اینکه کاتیون ها در الکترودها گیر افتادند ، بهتر کار می کنند.

جی گفت: "ما انتظار داریم که این امر افتتاح درج ضد یون به عنوان یک روش کلی الکتروسینتزیک برای طراحی مواد باشد." "تخلیه باتری یا فرآیند شارژ می تواند یک ابزار سنتز قدرتمند باشد و فرایندی که در آن یک الکترود نتواند خواص مطلوب را در یک نوع باتری ارائه دهد می تواند الکتروشیمیایی دقیق مورد نیاز برای ایجاد یک الکترود عالی برای نوع دیگر باتری باشد."

انواع مختلفی از باتری ها وجود دارد اما همه آنها به همان روش اصلی کار می کنند و حاوی همان اجزای اساسی هستند: دو الکترود - آند ، که از آن الکترون ها به داخل مدار خارج می شوند و کاتدی که الکترون ها را از مدار خارجی بدست می آورد - و الکترولیت ، ماده شیمیایی است که الکترودها را از هم جدا کرده و جریان یون ها را بین آنها امکان پذیر می کند.

 
جی توضیح می دهد ، بیشتر باتری ها از طریق کاتیون ها الکتریسیته را ذخیره می کنند. کاتیون عنصری یا مولکولی است که یک یا چند الکترون را از دست می دهد و با بار مثبت همراه است. آنیون ، که می تواند برای ذخیره سازی برق نیز مورد استفاده قرار گیرد ، عنصری یا مولکولی است که یک یا چند الکترون اضافی دارد و بار منفی دارد.

جی گفت: "کمتر مواد شناخته شده ای وجود دارد که می توانند آنیون ها را به صورت برگشت پذیر نسبت به ذخیره کاتیون ها ذخیره کنند." "به عنوان نمونه ای برای ذخیره سازی کاتیون ، درج برگشت پذیر یون های لیتیوم منجر به فناوری باتری های یون لیتیوم شد."

برگشت پذیر به معنی شارژ مجدد باتری است ، مانند یک تلفن همراه.

باتری های لیتیوم یونی به خوبی کار می کنند زیرا کاتیونی که در آن ذخیره می شود کوچک و سبک است. برای ذخیره سازی آنیون ، آنیون های مطلوب هالید هستند - یک اتم هالوژن منفرد با یک الکترون اضافی. ید ، برم ، کلر و فلوئور هالوژن ها هستند و آنیون های آنها به عنوان یدید ، برمید ، کلرید و فلوراید شناخته می شوند.

جی گفت: "کلرید نسبت به انواع دیگر آنیونهایی که مورد آزمایش قرار گرفته اند نسبتاً سبک و اندک است ، یونهای پلیاتومیک حجیم مانند نیترات ، سولفات و هگزافلوروفسفات که تمایل دارند به تدریج ساختارهای الکترود را پیچیده کنند."

در این مطالعه ، کاتد Mn3O4 کلرید قابل برگشت با تأثیر زیادی پس از کاتیونهای روی (Zn2 +) در ساختار شیمیایی کاتد به دام افتاد.

جی گفت: "کاتیونهای به دام افتاده ، Mn3O4 را طوری تغییر می دهند که ذخیره برگشت پذیر کلرید بسیار زنده تر می شود." "روی و کلرید ضد یونی با یکدیگر هستند ، که باعث اثر متقابل مطلوب منجر به خواص بی سابقه ای در ظرفیت ، پتانسیل بهره برداری و دوچرخه سواری می شود. کاتد میزبان آنیون با یک آند فلز روی در باتری دوتایی کامل سلول کار می کند. با یک الکترولیت آبی. "