Методика, основанная на принципах МРТ позволил ученым наблюдать не только как следующего поколения аккумуляторы для крупномасштабного хранения энергии работы, но и то, как они терпят неудачу, которая будет оказывать помощь в разработке стратегий для продления жизни батареи в поддержку перехода к нулевым выбросом углерода в будущем.
Новые инструменты, разработанные исследователями в Кембриджском университете, поможет ученым разрабатывать более эффективные и безопасные системы батареи для сетка-шкала накопления энергии. Кроме того, техника может быть применена к другим типам аккумуляторов и гальванических элементов, чтобы распутать сложные механизмы реакции, которые происходят в этих системах, а также для выявления и диагностики неисправностей.
Ученые проверили свою технику на органических редокс-батареи текут, перспективных кандидатов, чтобы сохранить достаточно возобновляемых источников энергии для городов власти и городов, но которые деградируют слишком быстро для коммерческих применений. Исследователи обнаружили, что при зарядке батареи на более низкое напряжение, они способны существенно замедлить темпы деградации, продление срока службы батарей. Результаты представлены в журнале Nature.
Аккумуляторы являются важной деталью перехода от ископаемых видов топлива, источников энергии. Без батарей, способных грид-систем хранения данных, это будет невозможно к власти в экономике на основе использования исключительно возобновляемых источников энергии. И литий-ионных батарей, в то время как подходит для бытовой электроники, не легко масштабировать до достаточного размера, чтобы хранить достаточно энергии, чтобы питать целый город, например. Горючих материалов в литий-ионных аккумуляторов также представляют потенциальную угрозу безопасности. Чем больше батарея, тем больше потенциальный ущерб это может нанести, если он загорелся.
Редокс расхода батареи одним из возможных решений этой технической головоломки. Они состоят из двух емкостей электролитов жидкости, один положительный и один отрицательный, и может быть увеличена только за счет увеличения размеров танка, что делает их весьма подходящими для хранения возобновляемой энергии. Эти номера по размеру, или даже здание размеров, негорючий батареи могут играть ключевую роль в будущем зеленый энергосистем.
Несколько компаний в настоящее время разрабатывают редокс расхода батарей для коммерческих приложений, большинство из которых используют ванадиевый в качестве электролита. Однако ванадий является дорогостоящим и токсичным, поэтому исследователи батареи разрабатывают редокс расход батареи на основе органических материалов, которые дешевле и более устойчивые. Однако, эти молекулы имеют свойство быстро деградировать.
«Поскольку органические молекулы, как правило, ломаются быстро, это означает, что большинство аккумуляторов, используя их как электролитов не может длиться очень долго, что делает их непригодными для коммерческого применения», — сказал д-р Эван Чжао Вэньбо из Кембриджа кафедры химии и бумаги первого автора. «В то время как мы знаем это ненадолго, что мы не всегда понимали, почему это происходит.»
Теперь, Чжао и его коллеги профессор Клэр Грей научная группа в Кембридже, вместе с коллегами из Великобритании, Швеции и Испании, разработали две новые техники, чтобы заглянуть внутрь органических редокс-батареи текут для того, чтобы понять, почему электролит распадается и повысить их эффективность.
Используя ‘реального времени’ ядерный магнитный резонанс (ЯМР) исследования, своего рода функциональную МРТ для батарей, и методов, разработанных профессором Грей группа, исследователям удалось прочитать резонансные сигналы из органических молекул, как в их первоначального состояния и как они превращаются в другие молекулы. Эти operando’ ЯМР исследований деградацию и саморазряд в окислительно-восстановительных расхода батареи обеспечивают понимание внутренних механизмов, лежащих в основе реакций, таких как радикальные формирования и переноса электрона между редокс-активных форм в растворах.
«Есть несколько в механистической situ исследования органических редокс-батареи текут, систем, которые в настоящее время ограничены по проблемам деградации», — сказал Серый. «Мы должны понимать, как эти системы функционируют, а также как они терпят неудачу, если мы хотим добиться прогресса в этой области».
Исследователи обнаружили, что при определенных условиях органические молекулы, как правило, деградируют быстрее. «Если мы изменим заряд условий зарядки в более низкое напряжение, электролит длится дольше», — сказал Чжао. «Мы можем также изменить структуру органических молекул так, что они деградируют более медленно. Теперь мы лучше понимаем, почему заряженности и молекулярной структуры материи».
Исследователи теперь хотят применить свои установки ЯМР на других видах органических редокс-батареи текут, а также на других видах следующего поколения батарей, таких как литий-воздушные батареи.
«Мы рады, что широкий спектр потенциальных применений этого метода для мониторинга различных электрохимических систем, в то время как они работают», — сказал Серый.
Например, метод ЯМР будут использованы для разработки устройства портативный аккумулятор ‘медицинский осмотр’ диагностику его состояния.
«Используя такой прибор, можно проверить состояние электролита в функционировании органических редокс расхода батареи и заменить его при необходимости», — сказал Чжао. «Так как электролит для этих аккумуляторов является недорогим и нетоксичным, это будет относительно простой процесс, продлевая срок службы этих батарей.»
Исследование было частично финансируется за счет инженерных и физических наук исследовательский совет (совет) и Shell.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!