Nowe odkrycia na poziomie atomowym: Co naprawdę dzieje się wewnątrz baterii?
Naukowcy z University of Illinois Grainger College of Engineering odkryli nieznane dotąd procesy na granicy faz w bateriach. Dzięki innowacyjnej mikroskopii sił atomowych 3D ujawniono dynamiczne zachowania warstw podwójnych elektrycznych, co może zrewolucjonizować projektowanie magazynów energii.
Przełom w badaniach nad strukturą baterii
Baterie, czyli ogniwa elektrochemiczne, to technologie łączące chemię, fizykę, nauki o materiałach i elektronikę. Stanowią nie tylko źródło zasilania dla smartfonów czy pojazdów elektrycznych, ale także inspirują naukowców do zgłębiania ich budowy na poziomie molekularnym.
Nowatorskie podejście do badania interfejsów
Zespół naukowców pod kierownictwem prof. Yingjie Zhang z University of Illinois Urbana-Champaign przeprowadził pierwsze szczegółowe badania niejednorodności cieczy na granicy faz w ogniwach elektrochemicznych. W pracy opublikowanej w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences pokazano, że struktury zwane warstwami podwójnymi elektrycznymi (EDL) organizują się w odpowiedzi na chemiczne depozyty na powierzchni ciała stałego.
W naszej pracy dokładnie zbadaliśmy EDL za pomocą mikroskopii sił atomowych 3D, techniki zaprojektowanej do wykrywania bardzo małych sił. Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy molekularną strukturę niejednorodnych EDL otaczających skupiska powierzchniowe.
Znaczenie warstw podwójnych elektrycznych
Ogniwa elektrochemiczne wykorzystują ruchome ładunki w elektrolitach do utrzymania różnicy napięć między biegunami. Już ponad sto lat temu wykazano istnienie EDL na granicy cieczy i przewodnika, które tworzą się w nanometrowych warstwach. Dotychczasowe badania skupiały się jednak na modelowych, płaskich powierzchniach, co powodowało lukę w wiedzy na temat rzeczywistych systemów baterii.
Obserwacje i nowe mechanizmy
Dzięki zastosowaniu mikroskopii sił atomowych 3D naukowcy powiązali niejednorodność EDL z występowaniem skupisk powierzchniowych, które pojawiają się na początkowych etapach ładowania baterii. Wyróżniono trzy podstawowe reakcje EDL:
- Uginanie – warstwy wyginają się wokół skupiska,
- Rozrywanie – fragmenty warstw oddzielają się i tworzą nowe warstwy pośrednie,
- Ponowne łączenie – warstwa EDL nad skupiskiem łączy się z sąsiednią warstwą, przesuniętą o jeden numer warstwy.
Te trzy wzorce są dość uniwersalne. Struktury te wynikają głównie z ograniczonego rozmiaru cząsteczek cieczy, a nie z ich konkretnej chemii. Powinniśmy być w stanie przewidzieć strukturę cieczy na podstawie morfologii powierzchni ciała stałego także w innych systemach.
Znaczenie odkrycia dla przyszłości magazynowania energii
Badania te mogą znacząco wpłynąć na rozwój nowoczesnych baterii i magazynów energii. Zrozumienie dynamicznych zmian EDL na rzeczywistych, heterogenicznych powierzchniach otwiera nowe możliwości optymalizacji procesów ładowania i wydłużania żywotności ogniw.
To przełom. Udało nam się rozwiązać strukturę EDL w realistycznych, niejednorodnych systemach elektrochemicznych, co stanowiło święty Graal elektrochemii. Oprócz praktycznych zastosowań w technologii, zaczynamy pisać nowe rozdziały podręczników do elektrochemii.
Zobacz również:
- Holenderski rynek energii: magazyny gazu zapełnione, rekordowe ceny prądu podczas bezwietrznych wieczorów
- ContourGlobal zainwestuje 1,6 GW w magazyny energii we Włoszech
- Drugie życie baterii: ACCIONA Energía i DNV testują magazyny energii z recyklingu e-skuterów
- IFC inwestuje 30 mln euro w R.Power. Nowe magazyny energii w Polsce
- Energa przyspiesza inwestycje w OZE i dystrybucję. W planach nowe bloki gazowe i magazyny energii
Źródło: ScienceDaily
Obserwuj
Może Cię również zainteresować
Jeden z największych magazynów energii w Polsce oficjalnie otwarty. Obiekt o mocy 200 MW wesprze stabilność KSE
W miejscowości Turośń Kościelna w województwie podlaskim uruchomiono jeden z największych bateryjnych magazynów energii w Polsce. Obiekt dysponuje mocą 200 MW oraz pojemnością 800 MWh, co pozwala na oddawanie energii do sieci z pełną mocą przez około cztery godziny. Inwestycja stanowi kolejny przykład dynamicznego rozwoju wielkoskalowych magazynów energii w Polsce, które stają się jednym z kluczowych elementów transformacji krajowego systemu elektroenergetycznego.
ACER otwiera konsultacje publiczne dotyczące nowych zasad raportowania danych REMIT
Agencja ds. Współpracy Organów Regulacji Energetyki (ACER) rozpoczęła konsultacje publiczne projektów dokumentów dotyczących zmienionych zasad raportowania danych w ramach nowelizacji rozporządzenia REMIT oraz nowych wytycznych wykonawczych.
TAURON pozyskuje 1,12 mld zł z EBI na farmę wiatrową w Miejskiej Górce – największa inwestycja OZE w regionie
TAURON uzyskał 1,12 mld zł finansowania z Europejskiego Banku Inwestycyjnego na budowę jednej z największych farm wiatrowych w Polsce – w Miejskiej Górce. Inwestycja wzmocni pozycję Grupy w transformacji energetycznej i przyczyni się do realizacji celów klimatycznych.
Fundacja Energa inwestuje w bezpieczeństwo przejazdów kolejowych – aktywne znaki STOP na Pomorzu i Warmii
Na 85 przejazdach kolejowych kategorii D w regionach Pomorza, Warmii i Mazur pojawią się innowacyjne, aktywne znaki STOP. Fundacja Energa przeznaczyła na ten cel ponad 1,2 mln zł, by poprawić bezpieczeństwo i ograniczyć liczbę wypadków na niebezpiecznych przejazdach.
147 nowych przyłączy dla stacji ładowania – rusza wielka modernizacja sieci dla elektromobilności
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej oraz operatorzy OSD inwestują 1,26 mld zł w rozbudowę i modernizację sieci elektroenergetycznych. Powstanie 147 nowych lub zmodernizowanych miejsc dostarczania energii dla stacji ładowania dużej mocy, co przyspieszy rozwój elektromobilności w Polsce.
Renaturyzacja rzek z rekordowym wsparciem: 100 mln zł dla samorządów i NGO w programie FEnIKS
Samorządy i organizacje pozarządowe po raz pierwszy mogą ubiegać się o bezzwrotne środki na renaturyzację rzek, jezior i mokradeł. W ramach programu FEnIKS dostępnych jest 100 mln zł, z możliwością dofinansowania nawet 79,71% kosztów projektów.
Komentarze