科学家证实了一个世纪以来关于高性能电池化学的推测。

科学家证实了一个世纪以来关于高性能电池化学的推测。

科学家发现了一种新的元素锰的化学状态。这种化学状态最初是在90年前提出的,它能够生产高性能、低成本的钠离子电池,能够快速有效地储存和分配太阳能电池板和风力涡轮机在电网中产生的能量。

这种对含锰电池组件先前未经证实的充电状态的直接证明可能会激发电池创新的新探索。

美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的X射线实验是发现的关键。这项研究结果发表在2月28日的《自然通讯》杂志上。

在伯克利实验室和纽约大学的科学家参与了这项研究,是由研究人员在泡碱的能量,该能量以前,圣克拉拉,加利福尼亚的电池技术公司。

电池,能量特征研究提供泡碱用于负极反常规的设计,这是它的一个电极。与目前比较成熟的锂离子电池阳极设计相比,钠离子电池负极仍然是研发的热点。

这项最新研究的阳极是由锰、碳和氮元素混合而成的,其化学性质与含铁颜料的配方相似,称为普鲁士蓝。

“通常,在锂离子和钠离子电池中,阳极通常是以碳为基础的,”伯克利实验室高级科学家杨万里说,他是电池实验中使用的X射线源。

但在这种情况下,两个电池的电极都使用基于“过渡金属”元素的相同类型的材料,这些元素在化学中很有用,因为它们可以显示不同的带电状态。另一种电极,称为阴极,含有铜、氮、碳和铁。

科学家证实了一个世纪以来关于高性能电池化学的推测。“这里很有趣的是,两电极是以同一种材料的过渡金属的化学反应,”他补充说,在阴极和阳极的一种特殊的铁锰化学。

“一个利用这种材料在电池电极的直接好处是,两电极也从根本上限制了功率容量,循环寿命,或成本的设备,”Colin Wessells说,首席执行官在泡碱能量。研究人员在他们的最新研究报告中指出,电池比能源部的循环寿命和电网容量储存的价格目标要好。

Wessells指出,电池是非常稳定的,它的材料非常丰富,它的总成本是传统铅酸电池竞争,它具有比传统电池更小的环境足迹。

 

电池已被证明能在一个非常快的五分钟的放电中释放出其总能量的90%,并保持其放电容量的95%为1000个循环。它提供了一种替代重力式能源储存系统的电网,其中抽水上山,然后释放下山需求发电。

然而,电池如何达到高性能却困扰着研究人员。

有人猜测,可以追溯到1928德语杂志文章,锰能在所谓的“以上”或“单价”的状态存在,这意味着在这个国家只有一个单一的锰原子失去电子。这是不寻常的,因为众所周知,锰原子会在化学反应中放弃两个或更多的电子,而不是一个电子,而不仅仅是一个。

这种新颖的化学状态将使电池阳极的电压范围更为有用。但是还没有任何测量证实这种一价形式的锰。

泡花碱能源研究电池材料在伯克利实验室分子铸造、纳米中心,然后提供一些样品电池的研究在ALS。

X射线实验的第一轮在ALS,它使用一种称为软X射线吸收光谱,显示主要锰2加形式。

“我们只抓住了一个提示(另一种形式)在最初的测试中,不得不依靠理论推测不同的状态,”纽约大学的Andrew Wray说,谁执行的理论计算。

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