211service.com
Nyt 'Ultra-Battery' som energitæt som højeksplosiv
Batteriernes energitæthed er enormt vigtig som en muliggører for nye teknologier. I mellemtiden har kapløbet om at skabe stadig mere kraftfulde batterier endda fået nogle producenter til at overveje strøm til mobiltelefoner med energitætte kulbrinter som propan.
Dette er grunden til, at der blev stillet krav om et ekstremt tidligt ultra-batteri for nylig annonceret i journalen Naturkemi er så bemærkelsesværdige.
Hvis du tænker over det, er [dette] den mest kondenserede form for energilagring uden for atomenergi, sagde opfinder Choong-Shik Yoo fra Washington State University. Yoos ultra-batteri består af xenon difluorid (XeF2), en hvid krystal, der bruges til at ætse siliciumledere, komprimeret til en ultra-tæt tilstand inde i en diamantskruestik, der udøver et tryk på mere end to millioner atmosfærer.
Påføring af dette tryk på XeF2 metalliserer stoffet, skubber alle dets atomer tættere sammen, til en ny stabil tilstand.
Denne figur viser, hvordan krystallen ændrer farve, når den ændrer tilstand, fra en relativt blød gennemsigtig krystal til en rødlig todimensionel grafitlignende sekskantet lagstruktur og derefter, over 70 Gigapascals tryk, til en sort tredimensionel fluoritlignende struktur, som er et metal.
I sin ultratætte tilstand er den mekaniske energi, der overføres til den metalliserede XeF2, nu lagret i selve stoffet som en slags kemisk energi. Det eneste, der skal til for at frigive det, er en forstyrrelse af et enkelt atom i krystallen, som vil få hele det metalliserede stof til spontant at pakkes ud, siger Yoo.
Reaktionen ville bogstaveligt talt være eksplosiv. På et øjeblik ville XeF2 omdanne sin lagrede energi til termisk energi med næsten 100 % effektivitet. XeF2 lagrer omkring 1 kilojoule energi pr. gram, eller omkring 10% af energien, der er lagret i et raketbrændstof af flydende H2- og O2-blandinger, eller omkring 20% af [energien lagret i] et af de kraftigste eksplosiver, HMX, siger Yoo. Når den betragtes som et potentielt energilagringsmedium, kvalificerer denne opdagelse sig som en ny klasse af energiske molekyler eller faste brændstoffer, tilføjer han.
Indtil vi finder ud af, hvordan man bygger raketdrevet forbrugerelektronik, er tricket til at gøre XeF2 til et levedygtigt middel til lagring og frigivelse af energi at finde ud af, hvilken slags urenheder vi skal tilføje for at gøre den metastabil, ligesom alle de brændbare fossile brændstoffer, vi er omgivet af, som vi kalder plastik.
Hvis du tænker på alle materialer, vi kender, er 95 % eller mere i en metastabil tilstand, siger Yoo.
Metastabilitet er et grundlæggende problem i materialeforskning, og er fælles for mange andre stoffer, der metalliserer og opnår eksotiske egenskaber efter at være blevet komprimeret i ekstrem grad, herunder CO2, N2, O2 osv. Hvis Yoo og hans kolleger kan erobre dette problem for en fælles stoffer, der kan få en ny molekylær konfiguration ved høje tryk, vil de have skabt et helt nyt middel til at lagre energi.
Det mål er dog langt væk - indtil videre er Yoos opdagelse kun blevet syntetiseret i laboratoriet, i mængder så små, at det ikke udgør nogen fare, når det lynes ud.
Følg Christopher Mims på Twitter , eller kontakte ham via e-mail .