纳米级视图的能量存储

通过高度复杂的显微镜掌舵的轮班，研究者记录了反应在附近原子尺度的决议。他们的成功是建立一个更好的电池的另一步。

迪翁实验室的研究人员在实验室斯坦福大学工程四 18 英尺，用最先进的显微镜，在世界上捕捉一种难以想象的小的反应之一扎营。

实验室成员进行艰苦的实验 — — 有时需要连续 30 个小时的工作 — — 捕捉实时、 动态可视化的原子可能会有助于我们电话电池持续更长时间和我们的电动汽车一次充电走得更远。

他们辛苦地下隧道的实验室中，记录运动在内外纳米颗粒小于 100 纳米的大小，分辨率接近 1 纳米原子。

“直接可视化与这种高分辨率实时反应能力将使我们能够探索许多悬而未决的问题，在化学和物理科学中”说仁迪翁，材料科学与工程在斯坦福大学副教授和高级作者详细说明这项工作，在自然通讯刊登 1 月 16 日。”虽然这些实验并不容易，他们不会可能没有镜从过去十年的长足发展”。

他们的实验的重点进入钯，一类称为插层驱动相变过程的反应的氢。这种反应是物理上类似于如何离子流通过电池或燃料电池在充放电过程。观察这一过程中实时洞察为什么纳米粒子作出更好的电极比散装材料和融入迪翁的更大的利益可以充电比较快的能量存储器件中，持有更多的能量，并且避开永久失败。

技术复杂性和鬼

对于这些实验，迪翁实验室创建钯微晶，纳米颗粒中，约 15 至 80 纳米尺寸不一而足，再把他们放在电子显微镜下的氢气体环境中的一种形式。研究人员知道氢会更改两个格子的尺寸和电子性质的纳米粒子。他们认为，与适当的显微镜镜头和孔径的配置，称为扫描透射电子显微镜和电子能量损失谱的技术可能会实时显示吸氢量。

经过数月的试验和错误，结果中的粒子变化极其详细的实时视频介绍了氢。整个过程是如此复杂和它工作的第一次的小说，劳顾会甚至没有运行，导致他们捕捉他们第一次电影的成功，在智能手机上的视频软件。

这些视频，他们检查了微晶加氢使用第二种方法在显微镜下，称为暗场成像，依赖散射电子的中间阶段。以暂停加氢过程，研究者们陷入微晶冰浴的液态氮中反应，降低其温度到 100 开尔文 (-280 F)。这些暗视场图像服务作为一种方式来检查中的电子束应用没有影响以前的意见和允许研究人员在反应过程中看到详细的结构变化。

“在此低温度跨越约 24 小时的平均试验，我们面临许多仪器问题又叫艾恩岛 [合著和研究科学家在斯坦福大学的纳米共享设施] 在那最怪异的小时的夜晚，”回顾 Fariah · 哈伊，铅的迪翁实验室的研究生与研究的合著者。”我们甚至遇到一个 ‘鬼操纵杆问题’ 下操纵杆似乎有些时间控制不住地移动样品”。

虽然大多数电子显微镜操作与试样在真空中举行，这项研究使用的显微镜拥有先进的能力允许研究人员向他们的标本介绍液体或气体。

塔伦纳拉扬，铅合著的这种研究和从迪翁实验室最近博士研究生说:”我们极大地受益获得世界上最好的显微镜设施之一”。”如果没有这些特定的工具，我们不能够介绍氢气或冷静下来我们的样品足以看到这些进程发生。”

推出的不完美

除了广泛适用证明概念的这套的可视化技术，观察原子移动更可为提供验证高希望许多科学家对纳米粒子能量存储技术。

研究人员看到原子通过 nanocube 的角落移动和观察形成的各种缺陷内粒子作为氢在它内移动。这听起来像是反对纳米粒子的承诺，但这是因为它不是整个故事。

迪翁说:”纳米粒子有自我修复，功能”。”当你第一次引入氢时，在粒子变形和失去其完美的结晶。但一旦粒子吸收了它可以氢气的含量，它转换本身回完美的水晶再次。

研究人员将此描述为”被逼”的纳米粒子的缺陷。Nanocube 自愈这能力使它更耐用，所需的能量存储可以维持许多的材料的充电和放电周期的关键属性。

展望未来

随着可再生能源发电的效率增加，需要更高质量的能源存储是比以往任何时候更加迫切。它是可能存储的未来将依托新化学药水和这个研究结果，包括显微技术研究者精制一路走来，将适用于几乎任何这些类别中的解决方案。

而言，它的迪翁实验室获得了许多的方向，它可以从这里开始。团队可以看看各种材料的成分，或比较如何的大小和形状的纳米颗粒会影响他们的工作的方式，和，不久，利用新的升级到他们的显微镜来研究光驱动反应。目前，Hayee 已经在试验与纳米棒，有更大的表面积为离子移动，承诺可能更快的动力学。