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[科技] 科学家在电池技术方面有了惊人的发现

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青苹果加香梨 发表于 7 天前 | 显示全部楼层
 
从原子的角度来看,离子在电池电解质中看似平滑的活动现实上是相当复杂的。
科学家在电池技术方面有了惊人的发现 第1张图片


固态电池经过在两个电极之间往返鞭策离子来存储和开释电荷。从我们凡是的概念来看,离子在电池的固体电解质中活动,就像一股陡峭的水流。
但从原子标准上看,这类平滑的活动是一种错觉:在电解质宽阔的原子晶格中,单个离子不法则地从一个开放空间跳到另一个开放空间,在稳定电压的鞭策下向电极偏向移动。这些腾跃很难猜测,也是触发和检测的应战。
现在,在第一次同类研讨中,研讨职员用激光脉冲撞击腾跃的离子,给它们一个电压震动。令他们惊奇的是,大大都离子长久地改变了偏向,回到了之前的位置,然后又规复了凡是的、更随机的活动。从某种意义上说,这是离子第一次记着它们刚刚去过的地方。
来自美国能源部SLAC国家加速器尝试室、斯坦福大学、牛津大学和纽卡斯尔大学的研讨小组在1月24日出书的《自然》杂志上描写了他们的发现。
电子玉米淀粉
“你可以把离子设想成玉米淀粉和水的夹杂物,”牛津大学博士后研讨员安德烈·d·波列塔耶夫(Andrey D. Poletayev)说,他在SLAC做博士后时曾帮助带领过这项尝试。“假如我们悄悄地鞭策这类玉米淀粉夹杂物,它会像液体一样;但假如我们打它,它就会酿成固体。电池中的离子就像电子玉米淀粉。它们经过向后移动来抵抗激光的狠恶震动。”
正如波列塔耶夫所说,离子的“模糊记忆”只延续几十亿分之一秒。但晓得它的存在将有助于科学家第一次猜测观光离子下一步会做什么 —— 这是发现和开辟新材料的一个重要斟酌身分。
科学家在电池技术方面有了惊人的发现 第2张图片


一种为速度而设想的电解质
在SLAC激光尝试室的尝试中,研讨职员利用了一种固体电解质的薄而通明的晶体,这类电解质来自一种叫做β -氧化铝的材料家属。这些材料是第一批被发现的高导电性电解质。它们含有细小的通道,在那边腾跃的离子可以快速移动,而且具有比液体电解质更平安的优点。氧化铝用于固态电池、钠硫电池和电化学电池。
当离子在β -氧化铝通道中腾跃时,研讨职员用只要万亿分之一秒长的激光脉冲照耀它们,然后丈量从电解质中反射返来的光。
经过改变激光脉冲和丈量之间的时候间隔,他们可以切确地肯定在激光震动后几万亿分之一秒内离子的速度和首选偏向是若何变化的。
怪异和不服常
“离子腾跃进程中发生了很多希奇和不服常的工作,”SLAC和斯坦福大学教授亚伦·林登伯格(Aaron Lindenberg)说,他是斯坦福大学材料与能源科学研讨所(SIMES)的研讨员,带领了这项研讨。
“当我们用力动摇电解质时,离子不会像在大大都材料中那样立即反应,”他说。“离子能够在那边坐一会儿,忽然跳起来,然后又在那边坐很长一段时候。你能够要等一段时候,然后忽然发生了庞大的位移。所以在这个进程中有一个随机身分,这使得这些尝试变得困难。”
研讨职员说,到今朝为止,离子的移动方式被以为是一种典范的“随机行走”:它们相互推挤、碰撞、磕磕绊绊地走着,就像一个醉汉在人行道上摇摇摆晃地走着,但终极到达某个目标地的方式在观察者看来似乎是故意的。大概设想一只臭鼬向满屋子的人开释臭气;喷雾中的份子随机地相互碰撞,但很快就会到达你的鼻子。
当谈到跃迁离子时,“在原子标准上,这幅图被证实是毛病的,”波列塔耶夫说,“但这不是得出这个结论的人的错。只是研讨职员用宏观工具研讨离子传递太久了,他们没法观察到我们在这项研讨中看到的工具。
他说,这里在原子标准上的发现,“将有助于弥合我们可以在计较机上模拟的原子活动与材料宏观性能之间的差异,这使得我们的研讨变得如此复杂。”
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运河之滨 发表于 7 天前 | 显示全部楼层
 
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