每一个技术,我们的世界需要能源的需求。能源必须存储和容易接近的电力电子器件和轻型建筑。广泛的设备,需要能源需求导致了众多的发展策略来储存能量。
许多能源存储设备结合化学和电气过程将能量从一种形式转换到另一个地方。这个过程导致一个接口——;行动的地方,两个不同的材料满足和变换。亚博网站下载更高效,更持久的能源存储设备,科学家需要控制这些接口附近,发生了什么。但这并不容易。
“大多数研究是一个复杂的界面,然后使用先进的表征技术,试图理解它,”化学家说格兰特约翰逊太平洋西北国家实验室(PNNL)的分离科学项目。亚博老虎机网登录“相比之下,我们不让整个界面。我们准备每一块分别,让我们研究单个组件以及它们如何形成。”
他们的方法称为离子软着陆。技术允许科学家们看到单个带电分子,或离子存在真正的能源存储接口与电极表面和一个电势。它简化了混乱的接口中存在的真正的能源存储系统为独立的系统只有一个类型的离子和表面。研究人员可以研究每个分子在角色创建界面。
轻轻地降落离子能量储存有针对性的研究
离子软着陆允许研究人员选择一个特定类型的离子电荷和大小。然后选择离子土地轻轻在导电的表面上。这个过程准备一个精确定义的接口的特征选择的反应分子和表面材料。
一旦准备接口,研究人员可以使用其他工具来检查表面和分子是如何交互的。这个特征揭示了信息关于化学键断裂的性质和形成的界面。
锂离子电池系统,我们的许多电子产品,可能最熟悉的能源存储设备。然而,太平洋西北国家实验室研究团队正在探索更有效和潜在变革性的能源存储系统。这些包括锂硫离子、锂离子固体和超越锂化学。这个研究团队开始与电解质溶液的分子和软土地选择离子,喜欢各种锂硫化物、金属锂表面富氧。
最近他们发现了一个带负电荷的锂硫离子起着关键的作用在这些新能源存储设备的操作接口。他们发现,离子进行多个反应集中在硫的化学还原和氧化,而不是锂。
研究结果解释sulfur-oxygen债券的性质和相关反应分子在能源存储设备。离子软着陆的工作提供了一种分子水平上解释为什么氧化的硫存在锂硫的接口形式。准确地理解这些重要离子转化为固体材料在模型接口可以帮助研究人员在实际设备分解复杂的接口。亚博网站下载
“每次我们探讨个别类型的分子反应,我们学习新东西,构建集体知识界面形成,”约翰逊说。
理解参与能量存储的接口
最初,太平洋西北国家实验室研究人员开发出他们的离子软着陆能力在美国能源部(DOE)的支持下基本能源科学分离科学项目。亚博老虎机网登录通过这个项目,化学工程师Venky普拉巴卡兰使用离子软着陆研究电化学界面分离。然而,他希望看到这项技术能做什么除了分离系统。几年前与物理学家Vijay Murugesan带来离子软着陆的能量储存的世界的入口。Murugesan领导的关注领域储能研究联合中心(JCESR),美国能源部的创新中心。
“有一天,我有一个会议与Vijay别的东西,我们开始讨论我们的研究中,“普拉巴卡兰说。“我们很快意识到,离子软着陆可能是一个重要的工具来帮助回答关键问题JCESR重点地区Vijay线索。”
团队的即将搬到能源科学中心将简化他们的工作,使他们紧密有效的合作和实验研究。亚博老虎机网登录
“目前,我们必须走几个走廊从离子软着陆实验室关键表征仪器,“Murugesan说。尽管这似乎并不遥远,短步行引起问题的高度敏感和活性样品。研究人员使用一种特殊的“真空手提箱”运送样品,甚至大厅。
“在能源科学中心,我们的实验室亚博老虎机网登录将挨着,”普拉巴卡兰说。“我们将有一个连接门!”大大缩短从仪器走到仪器意味着更少的时间可能的样本退化或污染。
最近的一项创新,有团队兴奋同时涉及到选择和沉积两种离子,一个正,一个负的。这个方法创建一个更现实的模型的能量存储设备。不同的离子相互作用和表面,使团队捕获操作界面。
本文中提到的一些工作支持作为JCESR的一部分,一个由美国能源部的能源创新中心,办公室、基础能源科学项目。亚博老虎机网登录它是与德州农工大学合作完成的。除了约翰逊,Murugesan,普拉巴卡兰,其他PNNL作者Kie汉金斯Sungun Wi, Vaithiyalingam Shutthanandan, Swadipta罗伊,回族Wang Yuyan邵,Suntharampillai Thevuthasan,和卡尔·米勒。执行工作的一部分环境分子科学实验室,国家科学用户设备。亚博老虎机网登录未来的工作将继续在能源科学中心。亚博老虎机网登录
来源:https://www.pnnl.gov/