高效电化学储能离子通道的最新进展

时间:2019-10-28 13:54 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

高效电化学储能离子通道的最新进展

  电子设备和电力设备(例如新能源汽车和机器人)的飞速发展引发了对便携式电源的广泛需求。最近两个世纪以来,主要基于电极中的离子嵌入/运动或吸附/扩散的电化学能量存储。与电子传输相比,电极中的离子传输速度较慢,但​​比较复杂。实际上,为了有效利用内部空间或孔,电池中的充电/放电过程通常需要几个小时。如果离子迁移足够快,超级电容器可以在几秒钟内充满电/放电。显然,电极中的高离子电导率和优化的离子动力学对于更好的电化学能量存储是期望的。

  碳材料,包括传统的石墨和活性炭(AC),新型碳,例如纳米管(CNT),石墨烯(G)及其衍生物已被证明是改善储能性能的有希望的候选者,因为它们具有可调节的结构特征和多种特性,包括但不限于出色的导电性,高固有容量和化学稳定性。尽管基于用于电化学能量存储的新型碳已经取得了很大的进步,但是最终的性能受到离子构型和离子动力学的限制(例如,LiC6用于锂离子电池中的石墨)。理想情况下,碳电极中有效的离子通道应通过迁移/扩散,内孔中极好的电解质可及性,可能的新型离子方式以及快速的阴极/阳极反应,产生快速的电解质传输。

  在《国家科学评论》上发表的最新概述中中国合肥的中国科学技术大学(USTC)和法国图卢兹的Paul Sabatier大学(UPS)的科学家介绍了设计新型碳中的离子通道以进行有效储能的最新进展。作者追踪了碳中离子通道的典型微细加工策略以及储能应用研究的最新进展。他们还回顾了离子通道之间的特殊离子响应和动力学过程,包括本构尺寸效应和碳表面。最后,他们提出了石墨烯堆叠是二维离子通道的理想模型,以从根本上了解有限空间中的离子构型/传输。

  “就像生物体中的血管一样,离子快速扩散到离子通道中的活性位可确保便携式设备足够的能量存储和功率传输。”朱彦武教授说,“从更广阔的角度来看,随着两种工程生产的改进这些碳电极具有原子定制的通道和对离子响应的充分理解,可以嵌入清洁的能量存储设备中,以便在各种工作条件下实现多功能替代。”



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