Один з найстаріших ядерних реакторів США допомагає створювати акумулятори майбутнього

Запущений ще у 1965 році в США ядерний реактор HFIR (The High Flux Isotope Reactor) в Оукридзькій національній лабораторії використовується не тільки для виробництва ізотопів, потрібних в медицині й промисловості, але також для проведення маси наукових експериментів. Зокрема, спостерігаючи за розсіюванням нейтронів, що випускаються HFIR, вчені вивчають нові пористі структури суперконденсаторів, щоб в майбутньому створити потужні акумулятори.

Процеси в пористих структурах MOF в поданні художника. Джерело зображення: ORNL/Jill Hemman

Історично суперконденсатори займають проміжне положення між конденсаторами й акумуляторами. Пошук нових пористих матеріалів для електродів суперконденсаторів (в радянській літературі – іоністорів) обіцяє наблизити суперконденсатори до акумуляторів. При цьому суперконденсатори можуть віддавати більшу потужність за коротший час та мати дуже і дуже великий ресурс. Необхідно тільки знайти такі матеріали, для чого вченим необхідні точні знання механізмів накопичення заряду в суперконденсаторах.

Оскільки краще один раз побачити, ніж раз за разом будувати здогади про те, що відбуваються в обкладинках суперконденсаторів процесах, група вчених з Массачусетського технологічного інституту скористалася реактором HFIR як джерелом нейтронів. Нейтрони не мають заряду і глибоко проникають в пористий матеріал, де взаємодіють з іонами та малюють всю картину хімічних процесів, які відбуваються в суперконденсаторах.

У конкретному досліді вчені з MIT вивчали хімічні процеси в новій металоорганічній каркасній структурі (MOF), яку вони запропонували для електродів перспективного суперконденсатора. Надзвичайно пориста структура MOF дозволяє накопичувати потужний заряд (багато іонів), що робить MOF-матеріали перспективними для створення потужних тягових акумуляторів для електромобілів.

Перезавантаження палива в реакторі HFIR. Джерело зображення: ORNL

В якості електроліту для експерименту був створений розчин на основі трифлату натрію. Опромінення MOF з просоченням електролітом потоком нейтронів з реактора HFIR показало цікаву картину. До подачі живлення на електроди молекули розчинника з електроліту вільно проникають в пори MOF, тоді як іони натрію в електроліті утворюють тонкий шар на каркасі MOF (див. Перше зображення). Подавання на електроди напруги змушувало іони проникати в пори каркасного матеріалу, а від полярності залежало те, які саме іони проникають в пори: іони натрію або іони трифлату.

Експеримент не тільки прояснив механізми хімічних та фізичних процесів в суперконденсаторах, але також підтвердив високі характеристики нового MOF-матеріалу як перспективного для майбутніх суперконденсаторів: це хороша електропровідність, втрата тільки 10% ємності після 10 тис. циклів заряду/розряду, а також низький внутрішній опір, що натякає на гарну довговічність для майбутніх комерційних застосувань.

Джерело SciTechDaily
Вам також може сподобатись
Коментарі
Loading...