Су негізіндегі мырыш батареясына арналған Janus диафрагмасы дендриттерге кедергі келтіреді, батареяның қызмет ету мерзімін ұзартады

Авторы: Iflowpower –Портативті электр станциясының жеткізушісі

Янус - ежелгі Рим мифологиясындағы ең қарабайыр құдайлардың бірі. Ежелгі римдік монеталардың мұндай аян деп аталатыны айтылады: Есікті ашу үшін есікті ұстаңыз, күзетшінің таяғын ұстаңыз. Аңызға айналған оның екі жүзі бар және әр бет күйді, басталуы мен аяқталуын, өткен мен болашақты бейнелейді.

Ясаусенің есігінен мемлекетті өзгертуді білдіреді. Ежелгі римдіктер маңызды істі бастаған кезде Жасустан баспана сұрайды. Бұл тегіс болады.

Заманауи материалтануды дамытуда Janus екі фазалы құрылым мен функцияның дизайнына сілтеме жасау үшін қолданылады, ал ғалымдар күтілетін мақсаттарға жету үшін Janus дизайнын асыға күтеді. Мысалы, қайталама аккумулятордың диафрагмалық материалын әзірлеуде JANUS концепциясы жиі қолданылады. Батареядағы диафрагманың негізгі қызметі оң электрод пен теріс электродтың физикалық жанасуын болдырмау, батареяның қысқа тұйықталуынан туындаған қызып кету мен жарылыстың алдын алу болып табылады.

Janus диафрагмасын жобалау үшін зерттеушілер әдетте екінші батареяның қауіпсіздігін арттыру үшін диафрагманың бетінде керамикалық материалды немесе көміртекті материалды қолданады, бірақ бұл батареяның жалпы сапасы мен көлемін арттырады, ал энергия тығыздығы құрбан болады. . Жеңіл және икемді киілетін құрылғылардың талаптарына жауап бере алмайды. Осы мәселе негізінде, алдын ала зерттеу негізіне сүйене отырып, ультра жұқа қабаттың тік графенінің тікелей өсуіне коммерциялық шыны талшықты диафрагмадағы химиялық бу тұндыру әдістері арқылы қол жеткізіледі, ал JANUS диафрагмасы жалпы сапаны арттырмай салынған. және құрылғының көлемі.

Және икемді су негізіндегі мырыш батареясына қолданылады, мырыш теріс дендриттерінің пайда болуына кедергі келтіреді, батареяның қызмет ету мерзімін ұзартады. Қатысты зерттеу нәтижелері AdvanceDmaterials сайтында жарияланған. Шыны талшық соңғы жылдары графен-Янус диафрагмаларына тап болды, киюге болатын жабдық нарығы қарқынды дамыды, ол жасанды интеллект технологиясын, икемді жаңа материал технологиясы мен портативті энергетикалық технологияны ғылым мен технологияның дамуына біріктіретін дамып келе жатқан саланы біріктіреді.

Олардың ішінде энергия сақтау құрылғысы киілетін құрылғының дамуында басты рөл атқарады. Су негізіндегі мырыш электр энергиясы органикалық электролиттің уыттылығы мен тұтанғыштығының кемшіліктерін болдырмау үшін сумен электролит ретінде пайдаланылады, ол киілетін жабдықта электрмен жабдықтауды қолдануда кең перспективаға ие. Қазіргі уақытта су негізіндегі мырыш электродының кең ауқымды қолданылуына кедергі келтіретін тығырық негізінен нашар электрохимиялық тұрақтылыққа және айналым мерзімінің болмауына байланысты.

Бұл проблемалар, негізінен, цикл заряды кезінде, әсіресе үлкен ток кезінде, мырыш металының теріс электродынан көтерілген мырыш оңай өседі. Дендриттер осылайша бастапқыда бітеліп қалған шыны талшықты диафрагманы тесіп, батареяның қысқа тұйықталуын тудырады; судың ыдырауы нәтижесінде пайда болатын жанама өнімдер мен беттік пассивация құбылысына қосымша. Диафрагма жиі аккумулятордағы белсенді емес құрамдас болып саналса да, ол батарея реакциясына қатыспайды, бірақ ол су негізіндегі мырыш электр тогының өнімділігіне де әсер етеді.

Жалпы, мырыш электр секторындағы диафрагманы модификациялаудың қазіргі зерттеулері осыған ұқсас. Шыны талшықты диафрагманың оңтайлы дизайны арқылы аккумулятордың қауіпсіздігін қалай жақсартуға болады? Біздің команда шыны субстратта графенді дайындауда көптеген зерттеулер жүргізді және төмен температурада шыны талшықтарында графеннің тікелей өсуіне сәтті қол жеткізді. Осы алдын ала негіздермен біріктіре отырып, біз шыны талшықтағы графендерді үш өлшемді өткізгіш қаңқа құрылымы ретінде жасадық, ал екінші жағы әлі де оң және теріс электродтың әсерін оқшаулады, осылайша JANUS диафрагмасы графенді модификациялау арқылы дайындалды.

Бұл дизайнға екі аспектіде қол жеткізуге болады: бірі мырыш металдарын тұндыру үшін үш өлшемді кеңістікті қамтамасыз ете алатын мырыш металының теріс электродының ұзартылған күші ретінде қарастырылуы мүмкін; екіншісі - жергілікті токтың тығыздығын және электр өрісінің біркелкі таралуын азайту, осылайша тармақтың Кристалл өсуін басу. Бұл болжамды тексеру үшін біз әдеттегі электрохимиялық сынақ әдістері арқылы Janus диафрагмасының және кәдімгі диафрагманың аккумулятор өнімділігіне әсерін анықтадық. Janus диафрагмасын пайдаланатын батареяның қызмет ету мерзімі жақсырақ екенін анықтадық.

Сондай-ақ Янус диафрагмасы электронды микроскоп пен атомдық күшті микроскоптың көмегімен алынғаны интуитивті түрде анықталды. Жоғары қауіпсіздік + мырыш негізіндегі ұзақ мерзімді сақтау жүйесі JANUS диафрагмасын мырыш негізіндегі батареяда жақсырақ қолдану үшін бұл өте маңызды. Janus диафрагмасын дайындау негізінен екі кезеңді қамтиды, ал Fresh графит мембранасы in situ химиялық бу тұндыру (PECVD) арқылы дайындалады, ал екінші қадам - ​​беттік плазма арқылы соңғы JANUS диафрагмасын дайындау.

Неліктен сізде екі қадам бар? Біріншіден, PECVD процесінде PECVD кезінде диафрагма бетінде көмірсутек негізіндегі кейбір ластанулар пайда болады, нәтижесінде су электролиттері қиындайды, осылайша бұл ластаушы заттар PLAZMA арқылы жойылады. Электролиттің инфильтрациясына жақсы қол жеткізуге болады; бұл Janus пленкасының оқшаулағыш бетіндегі PLAZMA өңдеуі екенін ескеріңіз, сондықтан ол жұқа қабат графеннің құрылымын бұзбайды. Екіншіден, RAMAN және рентгендік фотоэлектрондық энергетикалық спектроскопия (XPS) деректерімен біріктірілгенде PLAZMA өңдеуден кейін көбірек ақауларды көруге болады, сондай-ақ графен O элементтері мен n элементтерді легирлеуге қол жеткізуге болады.

Ақырғы элементтерді модельдеу талдауының нәтижелерінен тігінен өсірілген графеннің үш өлшемді қаңқа құрылымы жергілікті ток тығыздығын тиімді төмендетеді, содан кейін дендриттердің генерациясын азайтады, ал графен қаңқасы біркелкі бөлуді қамтамасыз ете алады. Электр өрісі, осылайша мырыштың біркелкі тұндырылуына / аршуына қол жеткізу. Мырыштың атомдық байланыс энергиясы тұрғысынан, мырыштағы графеннің және әртүрлі гетероатомды қоспаланған графеннің байланыс энергиясы тығыздық функциясы арқылы талданады және есептеу нәтижелері графен мен мырыштың тамаша екенін көрсетеді.

Байланысу нашар болуы мүмкін, ал o, n элементінің қоспасы мырыш аффинділігін айтарлықтай арттырады, пиррол азотының ең жоғары интрацендік байланыс энергиясы бар, бұл экспериментте элементтік талдаудың қатысуымен де қол жеткізіледі. Өзара келісім. JANUS диафрагмасының мырыш негізіндегі сақтау жүйесіндегі әсерін тексеру үшін оң электрод материалы ретінде коммерциялық белсендірілген көмірді қолданамыз, мырыш сульфатының ерітіндісі сулы электролит болып табылады және мырыш иондары аралас конденсатор жиналады, ол жоғары қуат пен жоғары қуатқа қол жеткізу.

Тығыздық синергиясы. Керісінше, JANUS мембранасы арқылы құрастырылған мырыш ионының гибридті конденсаторы электрохимиялық кедергі талдауы арқылы электрохимиялық кедергі талдауын одан әрі растағаны анықталды, бұл электрохимиялық кедергі талдауы арқылы зарядты тасымалдау кедергісін және ион диффузиясын төмендетті. Электр кедергісі, Zn тұндыру кинетикасын жақсарту.

5Ag-1 ток тығыздығында 5000 цикл әлі де 93% сыйымдылықты сақтау жылдамдығына ие, бұл әдеттегі сепаратордың 53% сыйымдылығын сақтау коэффициентінен әлдеқайда жоғары. Сонымен қатар, біз 182WHKG-1 жоғары энергия тығыздығын, 1000 циклден кейін әлі де 75% сыйымдылықты сақтау коэффициентін жүзеге асыратын оң электрод ретінде V2O5 батарея материалы бар мырыш-иондық аккумуляторды құрастырамыз. Оның икемді өнімділігін тексеру үшін икемді құрылғы Janus диафрагмасының көмегімен жиналады және 30 ¡ã, 60 ¡ã, 90 ​​¡ã әртүрлі иілу бұрыштарын жинайды және 90 ¡ã иілгенде әлі де 97 болады.

8% сыйымдылықты сақтау жылдамдығы тамаша механикалық икемділікті көрсетеді. V2O5 // Zn жұмсақ қап батареясы жиналды және жарық диоды сериясы арқылы жануы мүмкін, бұл портативті электрондық құрылғы ретінде киілетін қуат көзінің әлеуетін көрсетеді. Қорытындылай келе, бұл күш тікелей химиялық буларды тұндыру әдістерімен және плазмалық өңдеумен дайындалған, жұқа графенмен модификацияланған JANUS диафрагмасы батареяның белсенді емес компоненттерінің құрылымын өзгерту арқылы дайындалған және мырыш металының теріс электрод циклінің тұрақтылығын жақсарту. қол жеткізілді, бұл өз кезегінде тамаша электрохимиялық қасиеттері бар икемді су негізіндегі мырыш-ионды аккумуляторларды жасайды, болашақта жоғары өнімділік, арзан мырыш батареясы үшін кең перспективалар береді.

Сонымен қатар, бұл in situ түрлендірілген диафрагманың бұл стратегиясын белгілі бір анықтамалық маңызы бар басқа сілтілі металл батареяларында (Li, NA, K) қолдануға болады. Батарея қауіпсіздігінің жақсаруымен тозуға болатын жабдық күнделікті өмірімізге көбірек енетін болады. Қытайлық ғылыми бұқа.