حمل و نقل پروتون "بزرگراه" ممكن است راهي براي باتريهاي پر مصرف باشد
محققان دانشگاه ايالتي اورگان دريافته اند كه مكانيسم شيميايي كه براي اولين بار بيش از دو قرن قبل توصيف شده است ، امكان تحول در ذخيره انرژي را براي برنامه هاي پرقدرت مانند وسايل نقليه يا شبكه هاي برقي دارد.
لينك فيلم: https://www.namasha.com/v/sVom78jN
تيم تحقيقاتي به سرپرستي Xiulei (ديويد) جي از دانشكده علوم OSU به همراه همكاران در آزمايشگاه ملي آرگون ، دانشگاه كاليفرنيا ريورسايد و آزمايشگاه ملي اوك ريج اولين كساني هستند كه نشان مي دهند انتشار ممكن است لازم نباشد. حمل و نقل بارهاي يوني در داخل ساختار حالت جامد هيدراته از الكترود باتري - سايپرز ، باشگاه دانش
Xianyong Wu ، دانشمند فوق دكتري در OSU و اولين نويسنده مقاله گفت: "اين كشف به طور بالقوه مي تواند كل پارادايم ذخيره انرژي الكتروشيميايي با قدرت بالا با اصول طراحي جديد براي الكترودها را تغيير دهد."
يافته ها امروز در Nature Energy منتشر شد .
جي ، استاديار شيمي ، گفت: "آمدن با الكترودهاي Faradaic كه چگالي انرژي باتري و توان خازن با چرخه عالي را دارند ، يك چالش بزرگ بوده است." "تاكنون ، بيشتر توجه ها به يون هاي فلزي اختصاص داده شده است - از ليتيوم شروع مي شود و به دنبال جدول دوره اي است."
با اين حال ، تيم مشاركتي به پروتون منفرد هيدروژن نگاه كردند و آنها نيز به مرور زمان به تئودور فون گروتوس ، يك شيميدان آلماني آلماني متولد آلمان ، كه در سال 1806 نظريه حمل بار در الكتروليتها را يادداشت مي كرد ، نگاه كردند.
فون گروتوسوس فقط 20 سال داشت و وقتي در "يك خاطره در مورد تجزيه آب و اجسادي كه با استفاده از برق گالوانيك در محلول در اختيار دارد" در يك ژورنال علمي فرانسه زندگي مي كند ، زندگي مي كرد.
جي گفت: "در آشفتگي زمان و مكان خود ، وي موفق به كشف اين كشف بزرگ شد." وي گفت: "او اولين كسي بود كه فهميد چگونه الكتروليت كار مي كند ، و او آنچه كه اكنون به عنوان مكانيسم Grotthuss شناخته مي شود توصيف كرد: پروتون كه توسط شكاف تعاوني و تشكيل پيوندهاي هيدروژن و پيوندهاي كووالانسي OH در شبكه پيوند هيدروژن مولكولهاي آب منتقل مي شود."
در اينجا نحوه عملكرد آن وجود دارد: بار الكتريكي هنگامي انجام مي شود كه يك اتم هيدروژن با دو مولكول آب "بيعت خود را تغيير مي دهد" از يك مولكول به ديگري برود.
وي گفت: "ضربات سوئيچ يكي از اتم هاي هيدروژن را كه به صورت كووالانسي در مولكول دوم پيوند خورده است ، جدا كرد و باعث ايجاد زنجيره اي از جابجايي هاي مشابه در سراسر شبكه اتصال هيدروژن شد." "اين حركت مانند گهواره نيوتن است: جابجايي هاي محلي همبسته منجر به حمل و نقل پروتون هاي دوربرد مي شوند ، كه با انتقال يون فلزي در الكتروليت هاي مايع بسيار متفاوت است ، جايي كه يون هاي حل شده مسافت هاي طولاني را بصورت جداگانه در مسافت هاي جداگانه پخش مي كنند."
جي اضافه شده است: "لرزشهاي تعاوني پيوند هيدروژن و پيوندهاي كووالانسي هيدروژن-اكسيژن عملاً پروتون را از يك انتهاي زنجيره اي از مولكول هاي آب به انتهاي ديگر منتقل مي كنند. بدون انتقال جرم درون زنجيره آب."
وي گفت ، مسابقه رله مولكولي جوهر يك بار شارژ فوق العاده كارآمد است.
جي گفت: "اين زيبايي آن است." وي افزود: "اگر اين مكانيزم در الكترودهاي باتري نصب شود ، پروتون نيازي به فشار از طريق سوراخهاي باريك در سازه هاي كريستالي نيست. اگر ما مواد را با هدف تسهيل اين نوع رسانا طراحي كنيم ، اين مجراي آماده است. ما اين پروتون جادويي را داريم. بزرگراه به عنوان بخشي از شبكه ساخته شده است. "
در آزمايش خود ، جي ، وو و همكارانشان عملكرد بسيار بالا از الكترود يك آنالوگ آبي پروس ، آبي رنگ Turnbull را كه توسط صنعت رنگ شناخته شده بود ، نشان دادند. شبكه آب مشبك منحصر به فرد در داخل شبكه الكترود "عظمت" وعده داده شده توسط مكانيزم Grotthuss را نشان مي دهد.
جي گفت: "دانشمندان محاسباتي پيشرفت چشمگيري در درك چگونگي وقوع پرتاب پروتون در آب ايجاد كرده اند." "اما نظريه گروتوس هرگز مورد مطالعه قرار نگرفت تا بتواند به طور جزيي از ذخيره انرژي صرفه جويي كند ، به ويژه در يك واكنش ردوكس به خوبي تعريف شده ، كه هدف آن تحقق تأثير اين نظريه بود."
در حالي كه از يافته هاي آنها بسيار هيجان زده است ، جي هشدار مي دهد كه هنوز كار لازم براي دستيابي به شارژ فوق العاده سريع و تخليه باتري هايي كه براي حمل و نقل يا ذخيره انرژي شبكه كاربرد دارند ، انجام مي شود .
وي گفت: "بدون فن آوري مناسب با تحقيق دانشمندان و مهندسان برق ، اينها كاملاً نظري است." "آيا مي توانيد يك بار شارژ زير دوم يا تخليه شيمي باتري داشته باشيد؟ يون هاي فلزي ديگر ، اما پروتون ها احتمالاً جذاب ترين حامل هاي بار با پتانسيل هاي ناشناخته گسترده براي تحقق هستند. "
برچسب: ،