Нанодот
Nanodot может относиться к нескольким технологиям, которые используют локализованные структуры нанометрового размера. Наноточки обычно используют свойства квантовых точек для локализации магнитных или электрических полей в очень малых масштабах. высокой плотности Приложения для наноточек могут включать в себя хранение информации , накопление энергии и светоизлучающие устройства .
Хранение информации
[ редактировать ]Магнитные наноточки разрабатываются для будущего хранения информации. [1] Технология Nanodot потенциально может хранить в сто раз больше данных, чем современные жесткие диски. Наноточки можно рассматривать как крошечные магниты , которые могут менять полярность , чтобы представлять двоичную цифру. Жесткие диски обычно намагничивают области длиной 200–250 нм для хранения отдельных битов (по состоянию на 2006 год), тогда как наноточки могут иметь диаметр 50 нм или меньше. [1] Таким образом, хранилище на основе наноточек может обеспечить значительно более высокую плотность информации, чем существующие жесткие диски. Наноточки также могут привести к созданию сверхбыстрой памяти. [2]
Батарея
[ редактировать ]В 2014 году были предложены самособирающиеся химически синтезированные наноточки биоорганических пептидов для сокращения времени зарядки аккумуляторов. Утверждается, что они улучшают плотность энергии и производительность электролита . Сообщается, что новая батарея работает как суперконденсатор (быстрой зарядки) для зарядки и аккумулятор (медленной разрядки) для обеспечения питания. [3]
Литий-ионный аккумулятор
[ редактировать ]Применение технологии наноточек тестировалось в литий-ионных батареях . Было показано, что трехмерная (3D) макромезопористая архитектура электродов без связующих веществ позволяет получить высокопроизводительную литиевую батарею, подобную суперконденсатору. Он примерно в десять раз более эффективен по сравнению с современной моделью современного графитового анода . Такая архитектура электродов одновременно обеспечивает быстрый перенос ионов и сверхкороткую диффузию ионов в твердой фазе, что приводит к созданию новой эффективной технологии электродов без связующих веществ для разработки высокопроизводительных литий-ионных батарей, подобных суперконденсаторам. [4]
Литий-серная батарея
[ редактировать ]Внедрение технологии наноточек в литий-серные батареи имеет решающее значение, поскольку перезаряжаемые литий-серные батареи являются важным устройством хранения энергии благодаря своей экологичности и высокой теоретической плотности энергии. Однако челночный эффект растворимых полисульфидов , а также медленная окислительно-восстановительная кинетика сдерживают разработку Li-S аккумуляторов. Исследования показали, что сосуществование микропор, мезопор и макропор в иерархическом пористом углероде полезно для физического размещения/иммобилизации активных материалов серы и быстрого переноса заряда/иона, что превосходит большинство известных биоугля на основе электродов , создавая возможности для разработка многофункционального серного хоста для современных Li-S аккумуляторов в будущем. [5]
Челночный эффект в литий-серных (Li–S) батареях в основном возникает из-за диффузии растворимых полисульфидов (LiPS) и их пониженной окислительно-восстановительной кинетики и ответственен за прогрессирующую утечку активного материала внутри самой батареи. Исследователи разработали слой, состоящий из электрокатализатора из пористого углерода из скорлупы желудя и наноточек Sn4P3, который служит проводящим интерфейсом, но также обеспечивает двойной адсорбционный барьер для удержания активного материала и предотвращения миграции LiPS. [6]
Натрий-ионный аккумулятор
[ редактировать ]Натрий-ионные аккумуляторы очень похожи на литий-ионные, поскольку оба они являются катионами. Однако в этих ячейках плохая стабильность цикла из-за укладки является одной из основных проблем, но исследования доказали, что наноточки серы используются в качестве эффективного антиблокировочного агента листа MoS2 . Такое расположение листов серы обеспечивает более высокую плотность тока с превосходной циклической стабильностью, выдерживая 300 полных циклов зарядки/разрядки с сохранением 83,8%. [7]
Натрий-ионные аккумуляторы также представляют собой привлекательный вариант потенциального недорогого и крупномасштабного хранения энергии из-за обилия природного натрия на Земле. Красный фосфор рассматривается как анод высокой емкости для натрий-ионных аккумуляторов. Как и в случае кремния в литий-ионных батареях, некоторые ограничения, такие как большое объемное расширение при натрий/дезодиации и низкая электронная проводимость, снижают эффективность анодов из красного фосфора. Ученые нанесли наноточки плотно и равномерно на восстановленные листы оксида графена, чтобы минимизировать длину диффузии ионов натрия и напряжения натрий/дезодиации, а также создать свободное пространство для изменения объема частиц фосфора. Это приводит к значительному улучшению характеристик анодов из красного фосфора для химии ионов натрия и гибких источников питания для носимой электроники и смартфонов. [8]
Калий-ионный аккумулятор
[ редактировать ]Исследователи показали, что материалы на основе сурьмы с высокой теоретической емкостью рассматриваются в качестве перспективного анодного материала для калий-ионных батарей (ПИБ). К сожалению, большое расширение объема приводит к быстрому снижению пропускной способности и снижению пропускной способности. Ультратонкие наноточки могут сократить расстояние диффузии ионов за счет улучшения кинетического процесса в аккумуляторном элементе. При использовании в качестве анода для калий-ионных батарей все они демонстрируют удовлетворительные свойства хранения калия с точки зрения высокой обратимой емкости и превосходной скорости, особенно превосходных электрохимических характеристик. [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Аткинс, Уильям (23 января 2007 г.). «Наноточки могут радикально увеличить емкость хранения цифровых данных» . ITWire . Проверено 4 апреля 2014 г.
- ^ Джонсон, Декстер (20 апреля 2012 г.). «Нанодотная память оставляет память с накоплением заряда в пыли» . ITWire . Проверено 4 апреля 2014 г.
- ^ «Аккумулятор для смартфона на основе Nanodot, который заряжается за 30 секунд или даже меньше» . Gizmag.com. 7 апреля 2014 года . Проверено 24 апреля 2014 г.
- ^ Чжэн, Сяньфэн; Ван, Хонген; Ван, Чао; Дэн, Чжао; Чен, Лихуа; Ли, Ю; Хасан, Тауфик ; Су, Бао-Лянь (апрель 2016 г.). «3D-соединенный макро-мезопористый электрод с самоорганизующимися наноточками NiO для высокопроизводительной литий-ионной батареи типа суперконденсатора» . Нано Энергия . 22 : 269–277. дои : 10.1016/j.nanoen.2016.02.017 .
- ^ Чжун, Мэй-э; Гуань, Цзиньдяо; Сунь, Цзинчунь; Го, Хуэй; Сяо, Чжубин; Чжоу, Нань; Гуй, Цинвэнь; Гун, Даосинь (март 2019 г.). «Альвеолат, украшенный углеродными наноточками, тридопированный иерархический пористый углерод N, O, S как эффективный электрокатализ конверсии полисульфида для литий-серных батарей». Электрохимика Акта . 299 : 600–609. дои : 10.1016/j.electacta.2019.01.024 .
- ^ Е, Чжэнцин; Цзян, Ин; Фэн, Тао; Ван, Цзыхэн; Ли, Ли; Ву, Фэн; Чен, Ренджи (апрель 2020 г.). «Ограничение перемещения полисульфидов с помощью синергетического инженерного слоя, состоящего из нанесенного электрокатализатора наноточек Sn4P3 в литий-серных батареях». Нано Энергия . 70 : 104532. doi : 10.1016/j.nanoen.2020.104532 .
- ^ Сюй, Чжанвэй; Яо, Ли, Чжи; Фу, Фу, Хао; Хуан, Цзяньфэн (2018). аноды». Журнал химии материалов A. 6 ( 22): 10535–10542. doi : 10.1039/C8TA02339E .
- ^ Лю, Ихан, Аньи; Лю, Цинчжоу; Ма, Лян; Чен, Тянь-Чи; Чжоу, Чунву; сверхбыстрый анод для натрий- батарей ионных « Наноточки красного гибкий и . фосфора на графена как » восстановленном оксиде
- ^ Ян, Ли; Хун, Ванван; Тянь, Е; Цзоу, Гоцян; Хоу, Хуншуай; Сунь, Вэй; Цзи, Сяобо (апрель 2020 г.). «Углерод, легированный гетероатомами, с инкрустацией наноточек Sb2X3 (X = S, Se) для высокопроизводительных калий-ионных батарей». Химико-технологический журнал . 385 : 123838. doi : 10.1016/j.cej.2019.123838 .