研究人员通过模仿竹膜开发出高效电极

孙子奇教授的目标是开发一个项目,模拟像鱼鳞、贝壳和苍蝇眼睛等自然物体的光学和结构特性,以构建一个可持续的能源解决方案。在穿过布里斯班城市植物园时,Sun受到了执行这个项目的激励。

电池增强膜的灵感来自竹子。图片来源:昆士兰科技大学。

孙教授和他的研究团队包括昆士兰科技大学梅俊博士、彭晓敏教授、张倩博士、张晓琪和廖婷副教授共同参与了该项目。这项研究发表在杂志上先进功能材料。亚博网站下载

这项研究揭示了研究人员的方法,他们的动机是竹竿内部的多层膜。孙教授说,只有一张纸那么厚的薄膜可以让水分和营养物质以每小时40毫米的速度向竹子中流动。

根据孙教授的说法,这种薄膜是由多层组成的,每一层都在最靠近竹子内环的一边紧密地排列在一起,而离竹子中心最近的一边也更远。这些层的表面还具有多孔结构。

孙教授问:为什么竹子有这种薄膜?

它不仅仅是用来装饰的东西,它一定是为了某种特定的功能

梅俊博士,昆士兰科技大学第一作者

梅博士认为,膜的特殊结构和功能值得深入研究。

膜是储能装置中最重要的组成部分,如果我们能从膜结构与特定功能的关系中找到一种潜在的储能材料,将是一件非常令人兴奋的事情

梅俊博士,昆士兰科技大学第一作者

科学家们观察到,这种多层夹层结构能够通过两种方式运输竹子中的水分和电解质。

有限间距的内部层状结构有利于电解质和液体的“超流”转移。这意味着液体在植物体内快速流动。外层在各级之间有更大的空间,因此可以使液体通过结构快速分散。

该项目基于之前的工作,强调了二维纳米材料的优势,这种材料非常薄,可以使电池中的离子快速移动。亚博网站下载

自然教会了我们如何用这些二维材料进行设计,以及空间的多层分布如何对高性能电池更有帮助亚博网站下载

孙子琪,教授,昆士兰科技大学

研究人员利用石墨烯和钴氧化物的“纳米片”层,创造了一种能够模仿自然膜结构的薄膜。这些部件的大小是人类一根头发的10万倍。

研究人员利用竹片一侧的吸力来模拟竹片的层状结构。

最近的层进一步组织得更紧密,它们之间的距离小于5 nm。同时,随着薄膜层的堆积,吸力逐渐减小,直至薄膜层之间的间距达到2200 nm。1纳米是1米的十亿分之一。

研究人员开发了一种生物激发膜,直径为50毫米,厚度为数十微米(一微米等于0.001毫米),由数千层组成。通过将该膜放入锂离子电池,评估其转移离子的潜力。研究发现,与通常用于电池电极的其他材料相比,这种薄膜表现出了更高的性能。亚博网站下载

科学家们评估了薄膜的润湿性,即液体与固体表面保持接触的潜力。他们还证实了生物激发膜对有机电解质表现出超润湿行为。这说明电解液从表面进入内膜没有障碍。

孙教授总结道:该研究为高性能能源材料的设计提供了新的思路。亚博网站下载最重要的是,通过学习大自然的伟大,它为未来的材料干预铺平了道路亚博网站下载.”

期刊引用:

梅,J。.(2021)基于竹膜的多层超快层间离子传输技术。先进功能材料亚博网站下载doi.org/10.1002/adfm.202100299

来源:https://www.qut.edu.au/

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