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  • 在离子液体中用长尾巴(蓝色)大的阴离子可以使他们自组装成夹层状双层结构在电极表面上。具有这种结构的离子液体已大大改进的能量存储能力。

    在离子液体中用长尾巴(蓝色)大的阴离子可以使他们自组装成夹层状双层结构在电极表面上。具有这种结构的离子液体已大大改进的能量存储能力。

    图片:弦纹茂,澳门太阳城最新网站

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新型电解质可以提高超级电容器的性能

在离子液体中用长尾巴(蓝色)大的阴离子可以使他们自组装成夹层状双层结构在电极表面上。具有这种结构的离子液体已大大改进的能量存储能力。

小说类的“离子液体”可以比传统的电解质储存更多的能量 - 有着火的危险较小。


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卡尔·莉迪·让·巴蒂斯特
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超级电容器,电气装置,其储存和释放能量,需要电解质层 - 一个导电材料,可以是固体,液体,或介于两者之间。现在,研究人员在澳门太阳城最新网站和其他一些机构已经开发了一类新的可开拓新的可能性,提高这些设备的效率和稳定性,同时降低它们的可燃性液体。

“证明了概念这项工作代表了电化学储能一个新的范例,”研究人员在论文中描述的发现,今天出现在杂志上说 自然材料.

几十年来,研究人员已经意识到一类称为离子液体材料 - 本质上,液体盐 - 但这支球队现在已经加入到这些液体的化合物,它是类似表面活性剂,像那些用于分散漏油。通过添加这种材料,离子液体“非常新奇的性质,”包括成为高度粘稠,说澳门太阳城最新网站博士后毛弦纹'14博士学位,论文的第一作者。

“很难想象,这粘稠液体可用于储能,”毛说,“但我们发现的是,一旦我们提高温度,它可以存储更多的能量,而且比许多其他电解质更多。”

这并不完全出人意料,他说,因为与其他离子液体,当温度升高时,“粘度降低,能量存储容量的增加。”但在这种情况下,虽然粘度保持比其他已知的电解质,容量更高随着温度的增加非常快。该最终给予材料的总能量密度 - 超过那些许多常规电解质的,并以更大的稳定性和安全性 - 其存储电力在给定体积的能力的量度。

的关键,其有效性是液体内的分子自动排队而上,在金属电极表面上的分层结构结束了的方式。分子,其具有在一端上的一种尾的,排队具有面向头向外朝电极或远离它,和在中间的尾部所有群集,形成一种三明治。这被描述为自组装纳米结构。

从常规电解质“为什么它表现如此不同的原因”是因为分子本质自我组装成有序的层状结构,其中它们与另一种材料接触的方式,如超级电容器的内部电极,说吨。阿兰·哈顿,澳门太阳城最新网站的化学工程教授,该论文的资深作者。 “它形成了一个非常有趣的,像三明治一样,双层结构。”

这种高度有序的结构有助于防止所谓的“overscreening”的现象,可与其它离子液体发生,其中,一个电极表面上收集离子(带电的原子或分子)的所述第一层含有更多的离子比上有相应的电荷表面。这可能会导致离子的比较分散分布,或者较厚的离子多层,因而在能量存储效率损失; “而我们的情况下,因为一切方式构造,电荷在表面层内集中,”哈顿说。

新类的材料,其研究人员称为帆,为表面活性的离子液体,可以有各种各样的用于高温能量存储应用,例如在热的环境中使用,例如在石油钻探或化工厂,根据毛泽东。 “我们的电解质是非常安全的,在高温下,甚至性能更好,”他说。在另一方面,在锂离子电池中使用的一些电解质是相当易燃的。

该材料可以帮助提高超级电容器的性能,茂说。这样的装置可以被用来存储电荷,并且有时用于补充在电动车辆电池系统,以提供功率的额外的动力。使用新的材料,而不是在一个超级电容器可通过四个或五个的因子增加其能量密度的常规电解质,茂说。使用新的电解质,未来超级电容器甚至可以存储更多的能量比电池,他说,甚至可能在应用,如电动汽车,个人电子产品,或电网级储能设施的更换电池。

该材料也可以是用于各种新兴分离过程是有用的,茂说。 “很多新开发的分离过程的需要电控制”,在各种化学处理和精炼的应用程序和在二氧化碳捕获,例如,以及从废物流中回收资源。这些离子液体,作为高导电性,能很好地适合于很多这样的应用,他说。

它们最初被开发的材料只是各种可能的帆化合物的例子。 “的可能性几乎是无限的,”毛说。该团队将继续在不同的变化和优化其参数特定用途的工作。 “这可能需要数月或数年,”他说,“但对新型材料的工作是非常令人兴奋的事情。也有进一步优化的多种可能性“。

该研究团队包括保罗·布朗,银鹰仁,agilio帕多瓦,并margarida在澳门太阳城最新网站科斯塔戈麦斯;在里昂高等师范学校ctirad cervinka,在法国;加文的Hazell和在英国布里斯托尔大学儒略eastoe,在U.K .;华立和Rob·阿特金在澳大利亚西部的大学;在研究所MAX-冯·劳厄 - 保罗,朗之万在法国格勒诺布尔伊莎贝尔·格里洛。研究人员献出自己的纸格里洛的记忆,谁最近去世。

“这是一个非常令人兴奋的结果是表面活性的离子液体(帆)与两亲性结构可在电极表面上自组装,并在带电表面增强电荷储存性能,”挹翠,斯坦福大学的材料科学和工程教授说,谁没有与此相关的研究。 “作者已经研究和理解的机制。这里的工作可能对高能量密度超级电容器的设计有很大的影响,而且也有助于提高电池性能,”他说。

尼古拉斯·雅培,在康奈尔大学Tisch艺术大学教授,谁也没有参与这个工作,说:“论文描述了界面电荷存储一个非常聪明的进步,优雅演示了如何在界面分子自组装的知识可以被利用来解决当代的技术挑战“。

这项工作是由澳门太阳城最新网站能源问题的倡议,澳门太阳城最新网站skoltech相交,捷克科学基金会的支持。


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