物理科技生物学-PHYICA

利用建筑设计和结构工程对储能材料进行微调

化学 2022-10-08 00:02:17

澳大利亚核科技组织(ANSTO) 充放电过程示意图学分:ACS应用材料与界面 新南威尔士大学(UNSW)的能源研究人员报告了使用受控建筑设计和结构工程作为微调材料的方法的进展,以同时获得高功率和高能量密度,用于便携式设备中的电化学存储

这种设计材料由合成到一致厚度的氧化铈纳米片组成,并在ANSTO的加速器科学中心注入钼离子,已经显示出用作插层赝电容器的有希望的特性

博士;医生

普拉蒙德·科希博士

萨贾德·莫法拉先生

Xiaroran Zheng及其在材料科学与工程学院、孟加拉国固体物理实验室和ANSTO的同事已经报道了在用钼离子注入的氧化铈中氧空位有序化和通道形成的微调,以实现插层赝电容

研究结果已经发表在美国化学学会应用材料和界面杂志上

该小组以2017年开始的工作为基础

2019年发表在《自然通讯》上的一篇早期论文首次描述了超薄CEO 2 x用于伪电容储能应用

在最近的工作中,研究人员通过制造富含缺陷的氧化铈的二维纳米片,对过渡金属氧化物进行了结构修改,这些纳米片在泡沫镍基底上薄至12纳米

通过N2气氛施加还原条件,将本征缺陷引入纳米片

“我们的第一个策略是通过使用还原气氛在系统中产生氧空位,”共同第一作者Dr

UNSW的莫法拉

纳米片具有高的表面积/体积比和短的横截面路径,这增强了离子电荷转移过程

表面工程旨在形成有序的氧空位通道(0D点缺陷阵列),为嵌入提供原子通道

在纳米片的表面和次表面区域,稳定的氧空位通道具有显著更高数量的活性位点,这提高了电容

通过在空气或N2下退火,研究了电沉积CEO 2-x中缺陷的作用

减少增加了77%的重量电容

使用理论模型的模拟验证了表面还原导致有序氧空位通道的形成

“除非它是二维的,否则它作为伪电容器不会很有效

理想情况下,有了原子厚度的纳米层,你就有了所有对充放电过程有贡献的活性位点,因为体和表面没有区别

莫法拉

研究人员使用ANSTO加速器科学中心Sirius加速器上的低能离子注入器束线将钼Mo6+的低能离子注入二维材料

仪器科学家博士

阿曼德·阿塔纳西奥和博士

Madhura Manohar执行了ion实施过程

据信这是首次使用离子注入来改善插层赝电容器的性能

“大多数情况下,我们的加速器用于分析表征材料

低能离子注入是不同的,因为它改变了一种材料,改变了它的功能表面特性

阿塔那西奥

在晶体结构中引入钼原子会产生电子,促进电荷转移,从而提高整体导电性

“这是我们的第二个策略,用金属离子轰击氧化铈层,在这种情况下是钼,以提高系统的导电性

一些铈被认为是在这个过程中从系统中被去除的

犹太人

“我们使用低能量,所以我们可以放入低浓度

此外,这项技术不会破坏表面

犹太人

电子的产生没有改变能带,但是促进了穿过带隙的增强的电子转移

钼离子注入和还原过程使比电容增加了133 %,而电容保持率从89%增加到95%

如果没有结构和结构的改变,氧化铈将不适合作为赝电容器,因为它具有非层状性质的密集晶体结构,并且只有两种氧化态(即

e

Ce3+和Ce4+),它们可以在充电/放电过程中相互切换

“没有人见过氧化铈的这种行为,这是因为我们对这种材料进行了结构修饰,”博士说

莫法拉

该小组打算用其他离子做实验,看看电容是否可以进一步提高

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