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.

Додайте SUNDRIES у вибрані джерела Google Новини

Ви читаєте незалежне україномовне видання "SUNDRIES". Ми не належимо ні олігархам, ні депутатам. Отож ми потребуємо Вашої підтримки для розвитку та збереження незалежності. Підтримайте нас!

Джерело SciTechDaily
Вам також може сподобатись
Коментарі
Loading...