Membrana Janusa do baterii cynkowej na bazie wody może utrudniać dendryty, wydłużając żywotność baterii

Autor: Iflowpower – Dostawca przenośnych stacji zasilania

Janus jest jednym z najbardziej prymitywnych bogów w mitologii starożytnego Rzymu. Mówi się, że starożytne monety rzymskie nazywane są tą wizją: Trzymaj drzwi, aby je otworzyć, trzymaj laskę strażnika. Legendarny ma dwie twarze, a każda twarz symbolizuje status, początek i koniec, przeszłość i przyszłość.

Przez drzwi Yasause następuje zmiana stanu. Starożytni Rzymianie modlili się o azyl u Jezusa, gdy rozpoczynali ważne dzieło. To pójdzie gładko.

W rozwoju współczesnej nauki o materiałach Janus jest używany w odniesieniu do projektowania dwufazowych struktur i funkcji, a naukowcy oczekują, że projekty Janusa pozwolą im osiągnąć oczekiwane cele. Przykładowo przy opracowywaniu materiału membrany akumulatora wtórnego często stosuje się koncepcję projektową JANUS. Główną funkcją membrany w akumulatorze jest zapobieganie fizycznemu kontaktowi pomiędzy elektrodą dodatnią i elektrodą ujemną, a także zapobieganie przegrzaniu i wybuchowi spowodowanemu zwarciem akumulatora.

Aby zaprojektować membranę Janus, naukowcy zazwyczaj stosują na powierzchni membrany materiał ceramiczny lub węglowy w celu zwiększenia bezpieczeństwa akumulatora wtórnego, ale zwiększa to ogólną jakość i objętość akumulatora, a także wiąże się z poświęceniem gęstości energii. Nie spełnia wymagań dotyczących lekkich i elastycznych urządzeń noszonych. Opierając się na tym problemie i na wstępnych podstawach badawczych, bezpośredni wzrost pionowego grafenu o ultracienkiej warstwie jest osiągany za pomocą technik osadzania chemicznego z fazy gazowej na komercyjnej membranie z włókna szklanego, a membrana JANUS jest konstruowana bez zwiększania ogólnej jakości i objętości urządzenia.

Zastosowano je w elastycznych bateriach cynkowych na bazie wody, co utrudnia tworzenie się ujemnych dendrytów cynkowych i wydłuża żywotność baterii. Powiązane wyniki badań opublikowano na stronie AdvanceDmaterials. W ostatnich latach włókna szklane spotykają się z membranami grafenowo-Janusowymi, co spowodowało szybki rozwój rynku sprzętu przenośnego, który łączy rozwijającą się dziedzinę integrującą technologię sztucznej inteligencji, elastyczną technologię nowych materiałów i technologię przenośnej energii w celu rozwoju nauki i technologii.

Spośród nich kluczową rolę w rozwoju urządzeń noszonych odgrywają urządzenia magazynujące energię. Elektrolit cynkowy na bazie wody jest stosowany jako elektrolit, co pozwala uniknąć toksyczności i łatwopalności elektrolitu organicznego, co ma szerokie zastosowanie w zasilaniu sprzętu przenośnego. Wąskim gardłem utrudniającym obecnie masowe stosowanie elektrod cynkowych na bazie wody jest przede wszystkim słaba stabilność elektrochemiczna i brak żywotności cyrkulacyjnej.

Problemy te wynikają głównie z obecności ujemnej elektrody cynkowej w trakcie cyklu ładowania, zwłaszcza przy dużym natężeniu prądu, co powoduje łatwy wzrost poziomu cynku. Dendryty przebijają w ten sposób pierwotnie zablokowaną membranę z włókna szklanego, powodując zwarcie akumulatora; oprócz tego występuje zjawisko powstawania produktów ubocznych i pasywacji powierzchni na skutek rozkładu wody. Mimo że membranę często uważa się za nieaktywny element akumulatora, nie bierze ona udziału w reakcji akumulatora, ale również wpływa na wydajność elektryczności cynkowej na bazie wody.

Ogólnie rzecz biorąc, obecne badania nad modyfikacją przepon w sektorze elektrotechniki cynkowej przebiegają w podobny sposób. Jak poprawić bezpieczeństwo baterii poprzez optymalną konstrukcję membrany z włókna szklanego? Nasz zespół przeprowadził wiele badań w zakresie przygotowania grafenu na podłożu szklanym i z powodzeniem osiągnął bezpośredni wzrost grafenu na włóknach szklanych w niższych temperaturach. W oparciu o te wstępne założenia zaprojektowaliśmy grafeny w włóknie szklanym jako trójwymiarową przewodzącą strukturę szkieletową, a po drugiej stronie nadal izolowaliśmy działanie elektrody dodatniej i ujemnej, tak aby membrana JANUS została przygotowana poprzez modyfikację grafenu.

Projekt ten można zrealizować na dwa sposoby. Po pierwsze, można go traktować jako rozszerzoną siłę ujemnej elektrody cynkowej, co może zapewnić trójwymiarową przestrzeń do osadzania metali cynkowych. Po drugie, można zmniejszyć lokalną gęstość prądu i równomierny rozkład pola elektrycznego, co zapobiega wzrostowi kryształów w gałęziach. Aby zweryfikować to przypuszczenie, przeprowadziliśmy pomiary wpływu membrany Janus i zwykłej membrany na wydajność akumulatora za pomocą konwencjonalnych metod badań elektrochemicznych. Odkryliśmy, że bateria wykorzystująca membranę Janusa ma dłuższą żywotność cykliczną.

Intuicyjnie odkryto również, że przeponę Janusa uzyskuje się przy użyciu mikroskopu elektronowego i mikroskopu sił atomowych. Wysoki poziom bezpieczeństwa + system magazynowania na bazie cynku o dużym zasięgu Aby lepiej wykorzystać zastosowanie membrany JANUS w akumulatorze cynkowym, jest to niezwykle istotne. Przygotowanie membrany Janus składa się głównie z dwóch etapów. Membrana ze świeżego grafitu przygotowywana jest metodą osadzania chemicznego z fazy gazowej (PECVD) in situ, a drugi etap polega na przygotowaniu ostatecznej membrany JANUS metodą plazmy powierzchniowej.

Dlaczego macie dwa kroki? Po pierwsze, w procesie PECVD, pewne zanieczyszczenia węglowodorowe powstają na powierzchni przepony podczas PECVD, co powoduje trudności w elektrolitach wodnych, więc te zanieczyszczenia są usuwane przez PLASMA. Można uzyskać dobrą infiltrację elektrolitu; należy pamiętać, że jest to obróbka PLAZMOWA na izolacyjnej powierzchni filmu Janus, więc nie niszczy ona struktury cienkiej warstwy grafenu. Po drugie, w połączeniu z danymi RAMAN i spektroskopii energii fotoelektronów rentgenowskich (XPS) możliwe jest wykrycie większej liczby defektów po obróbce PLASMA, a także osiągnięcie domieszkowania pierwiastków grafenu O i pierwiastków n.

Wyniki symulacji metodą elementów skończonych wskazują, że pionowo rosnąca trójwymiarowa struktura szkieletu grafenu może skutecznie zmniejszyć lokalną gęstość prądu, a tym samym ograniczyć powstawanie dendrytów, a szkielet grafenu może zapewnić równomierny rozkład. Pole elektryczne, co pozwala na równomierne osadzanie/usuwanie cynku. Ponownie, z perspektywy energii wiązania atomowego cynku, energia wiązania grafenu i różnych grafenów domieszkowanych heteroatomami na cynku jest analizowana za pomocą funkcji gęstości, a wyniki obliczeń wskazują na idealny grafen i cynk.

Wiązanie może być słabe, a domieszkowanie pierwiastka o, n powoduje znaczny wzrost powinowactwa do cynku, przy czym najwyższą energię wiązania wewnątrzcenowego ma azot pirolowy, co uzyskuje się również dzięki obecności analizy pierwiastkowej w eksperymencie. Za obopólną zgodą. Aby sprawdzić skuteczność przepony JANUS w systemie magazynowania opartym na cynku, wykorzystaliśmy komercyjny węgiel aktywny jako materiał elektrody dodatniej, roztwór siarczanu cynku jest wodnym elektrolitem, a następnie zmontowaliśmy mieszany kondensator jonów cynku, który ma osiągnąć wysoką energię i moc.

Synergia gęstości. Natomiast stwierdzono, że hybrydowy kondensator jonowo-cynkowy skonstruowany przez membranę JANUS dodatkowo potwierdził analizę impedancji elektrochemicznej, co zmniejszyło opór przenoszenia ładunku i dyfuzję jonów poprzez analizę impedancji elektrochemicznej. Opór elektryczny, poprawa kinetyki osadzania Zn.

Przy gęstości prądu 5Ag-1 po 5000 cykli wskaźnik utrzymania pojemności nadal wynosi 93%, co jest wartością znacznie wyższą od wskaźnika utrzymania pojemności wynoszącego 53% w przypadku konwencjonalnego separatora. Jednocześnie budujemy baterię cynkowo-jonową z materiałem akumulatorowym V2O5 jako elektrodą dodatnią, uzyskując wysoką gęstość energii na poziomie 182 WHKG-1, przy współczynniku utrzymania pojemności na poziomie 75% po 1000 cyklach. Aby przetestować jego elastyczność, elastyczne urządzenie montuje się przy użyciu membrany Janusa i zbiera różne kąty zgięcia wynoszące 30 ¡ã, 60 ¡ã, 90 ​​¡ã, a po zgięciu pod kątem 90 ¡ã nadal ma kąt 97.

8% wskaźnik utrzymania pojemności świadczy o doskonałej elastyczności mechanicznej. Akumulator V2O5 // Zn jest zmontowany, a dioda LED może świecić szeregowo, co pokazuje potencjał przenośnego zasilacza jako przenośnego urządzenia elektronicznego. Podsumowując, w ramach tego przedsięwzięcia zastosowano techniki bezpośredniego osadzania chemicznego z fazy gazowej oraz obróbkę plazmową. Cienka, modyfikowana grafenem membrana JANUS jest przygotowywana poprzez modyfikację struktury nieaktywnych komponentów baterii, a także uzyskano poprawę stabilności cyklu ujemnej elektrody cynkowej, co z kolei pozwala na budowę elastycznych baterii jonowo-cynkowych na bazie wody o doskonałych właściwościach elektrochemicznych, które otwierają szerokie perspektywy na przyszłe wydajne, tanie baterie cynkowe.

Jednocześnie tę strategię modyfikowanej in situ membrany można stosować również w innych bateriach alkalicznych (Li, NA, K), z pewnym znaczeniem referencyjnym. Dzięki lepszemu bezpieczeństwu baterii, urządzenia przenośne będą coraz częściej wykorzystywane w naszym życiu codziennym. Chiński Byk Naukowy.