01:57 2023-01-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Explorarea modului de dezvoltare a bateriilor reîncărcabile din aluminiu mai bune
_ Explorarea modului de dezvoltare baterii reîncărcabile din aluminiu mai bune
O echipă din China a publicat o nouă lucrare despre bateriile reîncărcabile din aluminiu în Energy Material Advances.
„Bateriile reîncărcabile din aluminiu (RAB) au un mare potențial ca candidați puternici pentru mari- dispozitive de stocare a energiei la scară”, a spus autorul corespunzător Chuan Wu, profesor la Școala de Știința și Inginerie a Materialelor din Institutul de Tehnologie din Beijing. „Capacitatea teoretică mare, rezervele abundente și securitatea ridicată vor ajuta RAB-urile să realizeze aplicarea și comercializarea.”
Profesorul Wu a explicat că, datorită reacției multi-electroni a Al (transferul cu trei electroni în teorie), adoptarea directă a anodului de Al ar putea duce la capacități gravimetrice și volumetrice extrem de competitive (2980 mAh g−1 și 8046 mAh cm−3 pe baza Al), precum și un potențial redox adecvat (−1,66 V față de hidrogen standard pentru Al3+/Al). Cu toate acestea, decurgând din proprietățile de bază ale unei raze mici (54 pm) și încărcăturii mari (+3), ionii de Al3+ prezintă o activitate de migrare extrem de lentă și o forță electrostatică puternică pentru a deteriora structura cristalină dacă sunt migrate.
Aceștia. caracteristicile intrinseci duc la tensiune scăzută în circuit deschis, decolorarea capacității și performanțe nesatisfăcătoare de ciclism, împiedicând aplicațiile RAB. În plus, reacția secundară a electrolitului și coroziunea anodului Al sunt, de asemenea, probleme urgente pe care cercetătorii trebuie să le rezolve pentru a obține performanțe excelente ale RAB. În consecință, este esențial să înțelegem mecanismul de reacție și să proiectăm în consecință materialele catodice.
Materialele bidimensionale (2D) au atras privirile cercetătorilor datorită stărilor electronice reglabile, capacității de găzduire a ionilor și anumitor proprietăți speciale, exemplificate prin grafen, MoS2, fosfolenă, silicen etc. Pentru a explora materialele catodice adecvate, Wu și echipa sa au acordat atenție borofenului care a fost sintetizat pentru prima dată în 2015.
Conform rapoartelor în aplicarea bateriei, tensiunile de reacție (0,15 până la 0,96 V împotriva metalelor Li, Na, Mg, K și Ca) sunt aproape potrivite ca materiale anodice, iar barierele energetice de difuzie ale purtătorilor de sarcină sunt scăzute (325 meV pentru Li, 3 meV pentru Na, 28). meV pentru Mg, 440 meV pentru Ca și 4 meV pentru K). Prin urmare, acest lucru implică performanțe electrochimice superioare ale borofenului care poate fi un potențial material de electrod pentru bateriile din aluminiu, în special afectat de cinetica de difuzie.
Pentru a înțelege proprietățile specifice de găzduire a ionilor de Al ale borofenului, Wu și echipa sa au investigat structura cristalină, structura electronică, tensiunea de echilibru și cinetica difuziei ionilor ca material pentru electrozi pentru RAB.
„Spre deosebire de o recunoaștere tradițională, mediul electrolitic din RAB are de fapt o influență profundă asupra potențialului redox al teoriei, deoarece complexul Al-anion poate acționa ca purtător și, prin urmare, are loc schimbarea reacției.De obicei, în electrolit lichid ionic sau analogi lichidi ionici (cea mai bună opțiune pentru anodul Al datorită compatibilității și eficienței mari de depunere/dizolvare), cu excepția Al3+ , speciile anionice AlCl4− și Al2Cl7− și speciile cationice AlCl2+ și AlCl2+ pot exista sub formă de complex Al”, a spus Wu.
„De aceea, ar fi necesar să re vizitați performanța electrochimică a borofenului luând în considerare efectul ionilor complexi AlCln și pentru a înțelege mecanismul de reacție favorizat."
Se constată că, "După compararea adsorbției ionilor Cl−, Li+ și Al3+, Reacția de transfer de electroni este împiedicată de interacțiunea Coulomb puternică în procesul de adsorbție al Al3+. Originea se află la orbitalul 3s stabil și decalajul mare dintre 3s și nivelul Fermi pentru a interzice transferul suplimentar de electroni al Al”, a spus Wu. „Perechea de electroni a orbitalului 3s este respingătoare pentru borofenul care câștigă electroni”.
„Când luăm în considerare în mod sistematic ionii AlCl4−, AlCl2+ și AlCl2+ ca purtători în RAB, constatăm că, datorită coordonării dintre Cl și Al, transferul multielectron este deblocat în consecință: decalajul dintre 3s iar nivelul Fermi scade după hibridizarea orbitală, iar tranziția electronilor în orbitalul 3s este ușor să aibă loc pentru AlCln", a spus Wu.
"Coordonarea cu Cl (ca AlCln) scade decalajul dintre orbital Al 3s și Fermi. pentru a ajuta transferul de electroni."
"Capacitățile mari de 490 mAh/g ([AlCl2]0,17B) și 841 mAh/g ([AlCl]0,33B) sunt prezise în studiul DFT cu tensiuni medii de 2,037 V ([AlCl2]0,17B) și 1,018 V ([AlCl]0,33B) față de Al. Și difuziile AlCln pe borofen sunt de 0,46 eV pentru AlCl4, 0,20 eV pentru AlCl2 și, respectiv, 0,08 eV pentru AlCl2 ”, a spus Wu.
„Cinetica rapidă a difuziei, capacitatea mare de stocare și tensiunea indică o performanță electrochimică superioară a borofenului în RAB.”
Această lucrare evidențiază o p Rolul practic universal al coordonării Cl în îndeplinirea reacției multielectroni și a aruncat lumină asupra condiției redox complicate multipurtător (AlCln) a RAB. Wu a spus că astfel de concluzii pot prezice performanța borofenului ca materiale pentru electrozi și oferă un punct de vedere important pentru multipurtător în cazul RAB-urilor.
„Deși s-au realizat progrese mari, dezvoltarea catozilor de Al pentru RAB-uri. se confruntă în continuare cu provocări masive, cum ar fi dinamica ionilor lenți ai Al3+ și mecanismul complex de reacție al Al și AlCln", a spus Wu.
"În aplicarea practică, RAB-urile au nevoie de mai multă atenție pentru a reduce reacția secundară, a întârzia Al. coroziunea anodului și explorarea de noi materiale catodice.Dacă noile materiale, în special materialele catodice care conțin aluminiu, ar putea atinge o densitate mare de energie și un ciclu de viață lung, RAB-urile vor deveni o parte integrantă a stocării de energie electrochimică. Într-un cuvânt, realizarea comercializării de RAB-urile necesită mai multă atenție pentru a rezolva probleme mai practice.”
Comentarii:
Adauga Comentariu