Bright Idea: Glow-In-The-Dark Dye Kunne Motorkøretøjer

{h1}

Hvis verden en dag ser en boom i elbiler og vedvarende energi, vil folk have brug for mere effektive batterier, end der for øjeblikket er til rådighed. Nu siger forskere, at et glød-i-mørkt farvestof, der bruges til at spore kemikalier i celler, kan tilbyde en løsning.

Hvis verden en dag ser en boom i elbiler og vedvarende energi, vil folk have brug for mere effektive batterier, end der for øjeblikket er til rådighed. Nu siger forskere, at et glød-i-mørkt farvestof, der bruges til at spore kemikalier i celler, kan tilbyde en løsning.

Kemikaliet er bor-dipyrromethen, ellers kendt som BODIPY, og består af et sæt carbonringer forbundet med et boratom og to fluoratomer. BODIPY lyser under "sort" lys. Kemiforskere bruger det som en markør til at se reaktioner eller identificere, hvor biologiske systemer optager andre stoffer, såsom cadmium.

I den nye undersøgelse afprøvede et team kemikere ved universitetet i Buffalo BODIPY's strømgenererende evner med en særlig type batteri kaldet et reduktionsoxideringsbatteri (eller redox). Forskerne fandt, at små mængder farvestof tilsat til en opløsning af acetonitril kunne gøre et batteri, der kan oplades og genoplades 100 gange uden at miste sin evne til at opbevare energi effektivt. [Top 10 opfindelser, der ændrede verden]

I et almindeligt genopladeligt batteri, som de lithium-ion-enheder, der bruges i computere og telefoner, er ændringerne i batterikemien i fast tilstand, og det er sværere for elektriske ladninger at strømme. Lithium-ion-batterier bruger lithium som ladetransportør; lithium giver op elektroner og bevæger sig fra den negative til den positive elektrode.

Normalt har et batteri carbon og lithiumoxid i det, og begge er faste stoffer (dermed udtrykket "solid state"), så batteriens substans skal være porøs nok til, at lithiumionerne nemt kan komme igennem. Mellem lithium- og carbonlaget er en flydende elektrolyt til at bære ladningerne (det er typisk ikke vand, og kemikaliet varierer mellem forskellige producenter). Problemet er, at elektroderne inde i batteriet efter gentagne opladningscykler kan nedbrydes, fordi de reagerer med de andre kemikalier i batteriet.

Forskere viser, at BODIPY farvestof har interessante kemiske egenskaber, der kan gøre det til et ideelt materiale til brug i store genopladelige batterier.

Forskere viser, at BODIPY farvestof har interessante kemiske egenskaber, der kan gøre det til et ideelt materiale til brug i store genopladelige batterier.

Kredit: Cook et. al.

Opbygning af et bedre batteri

Tim Cook, en assisterende professor i kemi ved universitetet i Buffalo og hovedforfatter af den nye undersøgelse, fortalte WordsSideKick.com, at hans hold kombinerede to forskellige tilgange. Den første involverede et redoxbatteri (redox er kort for reduktionsoxidering), som består af to kamre af væske, der holdes adskilt af en membran. I dette system er væskerne elektrolytterne omkring de positive og negative terminaler, og med denne opsætning er det kun nødvendigt at finde noget, som vil opløses i væsken og frigive elektroner.

"Hvis ladetransportøren er i opløsning, har det ikke noget problem, andre batterier har, når [elektroden] krystalliserer", hvilket sker med nogle lithium-ionbatterier, sagde Cook.

Det andet trin var at finde et stof, der kunne opløses i væske og bære elektroner. Forskerne fandt, at BODIPY var en meget effektiv elektronbærer; det giver både op og tager i elektroner let, sagde Cook. Det betyder, at det glød-i-mørke stof er mere effektivt til at levere energi.

Dette redoxbatteri kan være en sikrere løsning end lithium-ion-batterier, som nogle gange brænder. Dette sker fordi lithium i dem er ioniseret, hvilket betyder at det har givet op en elektron. Det gør elementet meget reaktivt med oxygenet i vand, herunder fugtigheden i luften, der danner lithiumoxid og frigiver hydrogen.

"Hvad du er tilbage med, er to ioniserede hydrogener, der var knyttet til vand, og vi har to lithiums, der gav op elektroner til at deltage i vandet, og at reaktionen også slukker for meget varme," sagde Cook.

Det brint, der kan brænde, hvis en gnist rammer den, eller de kemikalier, der anvendes til elektrolytten, kan reagere med luft. (Litium i sig selv er så reaktivt, at en populær demonstration i kemi klasser er at droppe lithium i vand for at se det boble og generere brint.)

Sikrere mulighed?

Når litiumionbatterier slukkes, skyldes det normalt, at batteriet er beskadiget, beskadiger indersiden til luften, eller fordi de membraner, der adskiller de kemiske arter inde i batteriet, bliver beskadiget, hvilket giver mulighed for reaktioner i batteriet. Disse reaktioner genererer gasser, varme og nogle gange brand. [9 ulige måder din tekniske enhed kan skade dig]

"Et [lithium] -baseret batteri har en masse energi, og hvis der er mekaniske fejl, bliver membranafbryderen sprængt, batteriet aflader alle med det samme og skaber en enorm mængde varme," sagde Cook.

For nylig udstedte Samsung en tilbagekaldelse af sine Galaxy Note 7-smartphones på grund af defekte batterier, som i nogle tilfælde eksploderede eller fik ild. Disse batteriproblemer kan muligvis ske i ethvert litiumionafhængigt batterisystem, siger forskerne.

Væsken i et redox-batteri lagres i stedet i tanke og kan genbruges gennem batteriets volumen. Endelig nedbryder selv redoxbatterier, men en frisk væskeforsyning kan tillade dem at blive brugt igen, ifølge undersøgelsen.

Her på Jorden

Cook sagde teknologien blev oprindeligt udviklet på NASA til rumprober, men agenturet fandt i sidste ende bedre batteriløsninger til rumfartøjer. Redox batterier kan imidlertid være nyttige til flere jordbundne applikationer, siger forskerne. Og mens redoxbatteriets væske kan oxideres, vil den acetonitril, som Cooks hold bruger, ikke brænde, sagde forskerne.

Cook tilføjede, at det er vigtigt at bemærke, at hans batteritest blev gjort kun på bordplader, hvilket kun producerede nogle få volt. Men det tog kun små koncentrationer af BODIPY at få resultater, sagde han. Ulempen er, at redoxbatterier normalt skal være større, fordi deres energitæthed er mindre, så odds er, at de vil være mere nyttige til opbevaring af store mængder strøm i hjem og biler i stedet for telefoner, sagde Cook.

Ca. 1.320 gallon (5.000 liter) ved hjælp af Cooks nuværende kemiske blanding kunne drive et hus. Det ville betyde et batteri på størrelse med en septiktank til et fire-værelses hus. Cook mener med noget arbejde med koncentrationen af ​​BODIPY, han kan få det nødvendige volumen ned til ca. 175 gallon (660 liter), om størrelsen af ​​et køleskab eller stor fisketank, sagde han.

I mellemtiden er behovet for effektive batterier i boliger måske ikke så langt i fremtiden, hvis vedvarende energi fortsat giver gevinster. "Vi havde ikke rigtig brug for mellemstore til storskala energilagring før," sagde Cook. "Nu i det sidste årti er strømbatterier blevet [et] populært fagområde."

Forskningen blev offentliggjort 16. november nummer i tidsskriftet ChemSusChem.

Oprindelig historie om WordsSideKick.com.


Video Supplement: Learn Colors and Race Cars with Max, Bill and Pete the Truck - TOYS (Colors and Toys for Toddlers).




Forskning


Supersonisk Fly Sender Shock Waves Rippling Over Solen (Foto)
Supersonisk Fly Sender Shock Waves Rippling Over Solen (Foto)

Hvad Nasa Teknologi Hjælper Med At Holde Dig Varm?
Hvad Nasa Teknologi Hjælper Med At Holde Dig Varm?

Videnskab Nyheder


Sofistikeret Forsvarssystem Opdaget Ved Biblisk-Era Mining Camp
Sofistikeret Forsvarssystem Opdaget Ved Biblisk-Era Mining Camp

Jordnøddejere Kan Leve Længere, Studere Finder
Jordnøddejere Kan Leve Længere, Studere Finder

Videnskaben Om C-Vitamin: Kan Det Forhindre En Kulde?
Videnskaben Om C-Vitamin: Kan Det Forhindre En Kulde?

Hvorfor En Lille Angst Kan Være God For Dig
Hvorfor En Lille Angst Kan Være God For Dig

Fornybar Energi Rider Risterne Til Mere Effektiv Strømlagring
Fornybar Energi Rider Risterne Til Mere Effektiv Strømlagring


DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com