 Исследователи из национальной лаборатории Лоуренс Ливермора выявили электрический заряд, вызванный изменениями в структуре и сцеплению графитовых электродов углерода, которые могут в будущем повлиять на способы хранения энергии.
Исследование может привести к улучшению способности и эффективности систем хранения электрической энергии, таких как батареи и суперконденсаторы, необходимые для удовлетворения растущих требований потребителя, промышленности и зеленых технологий.
Технология будущего подразумевает применение систем хранения энергии, имеющих гораздо больший потенциал для хранения, быструю скорость заряда/разряда и улучшенную выносливость. Прогресс в этих областях требует более полного понимания процессов накопления энергии. Поскольку эти сложные процессы могут значительно меняться по мере заряжения и разряжения системы, исследователи все чаще сосредотачиваются на том, чтобы увидеть эту систему изнутри и изучить ее. В то время как вычислительные подходы широко применялись в течение последних нескольких десятилетий, развитие экспериментальных подходов было очень сложным, в частности, при изучении легких элементов, которые широко распространены в материалах хранения энергии.
Исследовательская команда разработала новый метод рентгеновской адсорбционной спектроскопии, тесно связанный с усилиями по моделированию, чтобы обеспечить ключевую информацию о том, как структура и склеивание суперконденсаторных электродов графита углерода влияет на поляризацию интерфейса электрода-электролита во время зарядки.
Графитовые суперконденсаторы являются идеальными модельными системами для исследования межфазных явлений, потому что они являются относительно химически стабильными, широко охарактеризованы в ходе экспериментов и представляют теоретический и технологический интерес. Команда использовала ее недавно разработанный трехмерный нанографеновый (3D-NG) сыпучий материал электрода в качестве образцового графитового материала.
«Наша новая разработанная рентгеновская спектроскопия позволила выявить сложные электрические индуцированные изменения в электронной структуре, которой подвергаются суперконденсаторные электроды на основе графена во время работы. Анализ этих изменений, предоставляет информацию о том, как структура и связи электродов развиваются во время зарядки и разрядки», сказал Джонатан Ли, ученый и автор статьи. «Интеграция уникальных возможностей моделирования для изучения заряженных интерфейсов электрод-электролит сыграла решающую роль в нашей интерпретации экспериментальных данных».
Новое исследование открывает новое окно в направлении более эффективных электрохимических систем хранения энергии. Кроме того, экспериментальные и модельные методики, разработанные в ходе исследования легко применимы к другим материалам хранения энергии и технологиям.
|
