Nowa „ultra-akumulator” tak energochłonny jak materiały wybuchowe

Gęstość energii akumulatorów jest niezwykle ważna jako czynnik umożliwiający tworzenie nowych technologii. Tymczasem walka o stworzenie coraz potężniejszych akumulatorów skłoniła nawet niektórych producentów do rozważenia zasilanie telefonów komórkowych z gęstymi energetycznie węglowodorami, takimi jak propan.

Właśnie dlatego twierdzenia dotyczące ultra-baterii na bardzo wczesnym etapie niedawno ogłoszone w dzienniku Chemia przyrody są tak niezwykłe.

Jeśli się nad tym zastanowić, [to] jest najbardziej skondensowaną formą magazynowania energii poza energią jądrową, powiedział wynalazca Choong-Shik Yoo z Washington State University. Ultra-bateria Yoo składa się z difluorku ksenonu (XeF2), białego kryształu używanego do wytrawiania przewodników krzemowych, skompresowanego do bardzo gęstego stanu wewnątrz diamentowego imadła, wywierającego ciśnienie ponad dwóch milionów atmosfer.

Przyłożenie tego poziomu ciśnienia do XeF2 metalizuje substancję, spychając wszystkie jej atomy bliżej siebie, do nowego stabilnego stanu.

Ten rysunek pokazuje, jak kryształ zmienia kolor, gdy zmienia stan, od stosunkowo miękkiego przezroczystego kryształu do czerwonawej dwuwymiarowej, przypominającej grafit, heksagonalnej struktury warstwowej, a następnie, powyżej 70 gigapaskali ciśnienia, do czarnego trójwymiarowego, podobnego do fluorytu. struktura, którą jest metal.

W stanie bardzo gęstym energia mechaniczna przekazywana do metalizowanego XeF2 jest teraz magazynowana w samej substancji jako rodzaj energii chemicznej. Wszystko, czego potrzeba, aby go uwolnić, to perturbacja pojedynczego atomu w krysztale, co spowoduje, że cała metalizowana substancja samoczynnie się rozpuści, mówi Yoo.

Reakcja byłaby, dosłownie, wybuchowa. W jednej chwili XeF2 zamieni zmagazynowaną energię w energię cieplną z prawie 100% wydajnością. XeF2 przechowuje około 1 kilodżul energii na gram, czyli około 10% energii zmagazynowanej w paliwie rakietowym zawierającym płynną mieszankę H2 i O2, lub około 20% [energii zmagazynowanej w] jednym z najpotężniejszych materiałów wybuchowych, HMX, mówi Yoo. Dodaje, że odkrycie to, postrzegane jako potencjalne medium magazynujące energię, kwalifikuje się jako nowa klasa cząsteczek energetycznych lub paliw stałych.

Dopóki nie dowiemy się, jak zbudować elektronikę konsumencką napędzaną rakietami, sztuczka, która ma na celu przekształcenie XeF2 w realny środek do przechowywania i uwalniania energii, polega na zastanowieniu się, jakie zanieczyszczenia dodać, aby była metastabilna, tak jak wszystkie palne paliwa kopalne, które posiadamy. są otoczone przez, które nazywamy tworzywami sztucznymi.

Jeśli pomyślisz o wszystkich znanych nam materiałach, 95% lub więcej jest w stanie metastabilnym, mówi Yoo.

Metastabilność jest podstawowym problemem w badaniach nad materiałami i jest wspólna dla wielu innych substancji, które metalizują się i uzyskują egzotyczne właściwości po ekstremalnym ściśnięciu, w tym CO2, N2, O2 itp. Jeśli Yoo i jego koledzy mogą rozwiązać ten problem w celu substancje, które mogą uzyskać nową konfigurację molekularną pod wysokim ciśnieniem, stworzą zupełnie nowy sposób magazynowania energii.

Ten cel jest jednak daleko odległy – jak dotąd odkrycie Yoo zostało zsyntetyzowane tylko w laboratorium, w tak małych ilościach, że po rozpakowaniu nie stanowi żadnego zagrożenia.

Śledź Christophera Mimsa na Twitterze , lub skontaktuj się z nim przez e-mail .

ukryć