في الآونة الأخيرة ، جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين ، كلية الهندسة ، قسم العلوم الحرارية وهندسة الطاقة البروفيسور تان بنغ فريق في مجال المياه بطاريات الزنك حققت تقدما جديدا ، فريق البحث بنجاح في الموقع 3D الرقم الهيدروجيني التصور التكنولوجيا لتحقيق التفاعل الكهربائي الزنك واجهة الرقم الهيدروجيني ثلاثي الأبعاد ، في الموقع ، التصوير الكمي . نتائج هذه الدراسة ، التي نشرت في مجلة الرابطة الدولية المعروفة رسائل الطاقة ، تحت عنوان " رؤية ثلاثية الأبعاد من الاستراتيجية الكيميائية و توزيع pathological في Aqueous Zinc Batteries " .
المياه القائمة على الزنك البطارية لديها امكانات كبيرة في الجيل القادم من تخزين الطاقة على نطاق واسع بسبب مزاياها مثل السلامة الذاتية ، منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة . ومع ذلك ، فإن عدم الاستقرار في واجهة الزنك القطب السالب في المياه بالكهرباء يعوق عملية التسويق على محمل الجد . في الواقع ، هذه السلوكيات هي التي تسيطر عليها فشل الكيميائية المحلية المكروية في القطب / المنحل بالكهرباء واجهة ، ولا سيما التطور الدينامي بروتون النشاط . في حين أن البيئة المحلية حموضة من السهل أن تحفز التآكل الكيميائي من الزنك النشط و تكثيف الهيدروجين وتطور رد الفعل ، alkalization المحلية يمكن أن تعزز تشكيل المنتجات العازلة مثل كبريتات الزنك الأساسية أو أكسيد الزنك ، مما يؤدي إلى مكثفات التخميل وغير موحدة ترسب . واجهة الرقم الهيدروجيني ليس رد فعل سلبي متغير ، ولكن المعلمة الأساسية التي تحدد مباشرة انتقائية وتطور اتجاه الزنك القطب السالب . ولذلك ، من المهم جدا أن تكشف عن فشل آلية المياه الزنك البطارية وتحسين أداء البطارية من خلال تطوير طريقة توصيف ثلاثي الأبعاد التي يمكن التقاط تطور البيئة الكيميائية في الموقع واجهة وفهم تأثيرها على الاستقرار الكهربائي .
من أجل حل المشاكل المذكورة أعلاه ، فإن فريق البحث قد صممت جهاز قياس الكهروكيميائية التي يمكن أن تحمل على المراقبة البصرية ، وأدخلت مضان مؤشر الرقم الهيدروجيني في المنحل بالكهرباء ، من خلال ليزر متحد البؤر التصوير لمسح المنطقة بالقرب من واجهة بالكهرباء طبقة بعد طبقة ، في الوقت الحقيقي رصد درجة الحموضة في مجال رد فعل واجهة ثلاثية الأبعاد في الفضاء عالية الدقة والكمية التعمير قد تحققت .
باستخدام هذه الأداة ، فريق البحث في الوقت الحقيقي رصد البيئة الكيميائية الزنك الكهربائي واجهة . أولا ، في ظل حالة من الراحة ، صورة ثلاثية الأبعاد تكشف عن قيمة الرقم الهيدروجيني طبقية واضحة على طول اتجاه الجاذبية ، وهذا هو ، قيمة الرقم الهيدروجيني في المنطقة السفلى من القطب هو أعلى بكثير من ذلك في المنطقة العلوية ، قيمة الرقم الهيدروجيني فرق حوالي 0.3 في 600 ثانية . وعلاوة على ذلك ، تم رصد في الموقع تحت ظروف التشغيل الحالية ثابتة متناظرة الزنك البطارية ، وجد أن درجة الحموضة العالية المنطقة شكلت بسرعة تحت واجهة الكهربائية حل المرحلة . في وقت لاحق ، على الرغم من أن المرحلة الرسوبية قد خفت ، ولكن الدورة الدموية لا تزال أكثر من 0.4 في نهاية المطاف . هذه النتائج تشير إلى أن واجهة القطب الزنك يمكن أن تشكل مستقرة عمودي الكيميائية التبطين ، بغض النظر عن ما إذا كان أو لم يكن في عملية الكهروكيميائية .
جنبا إلى جنب مع العديد من المجالات المادية المحاكاة ، فريق البحث بشكل منهجي يوضح أن هذه الطبقات الكيميائية هي نتيجة مباشرة الجاذبية بالإضافة إلى نقل المواد التنظيم ، ويكشف عن آلية جديدة تماما من القطب الفشل : التدرج الكيميائي مدفوعة توزيع المواد الفعالة . على وجه التحديد ، وانخفاض درجة الحموضة وانخفاض تركيز zn2 + في الجزء العلوي من تسريع الهيدروجين وتطور التآكل حل ردود الفعل ، في حين أن ارتفاع درجة الحموضة وارتفاع تركيز zn2 + في الجزء السفلي من تثبيط الهيدروجين وتطور التآكل ، وتعزيز ترسب الزنك . مع تطور الدورة الدموية ، هذا النوع من الفرق يدفع الزنك النشط للانتقال على طول الاتجاه الرأسي ، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى تشكيل هيكل التمايز " العلوي نضوب أقل تخصيب " ويؤدي إلى فشل الكهربائي .
هذا العمل نجح في تحقيق التصور ثلاثي الأبعاد واجهة الكيميائية التبطين في نظام المياه الزنك البطارية ، وكشف عن آلية توزيع المواد الفعالة في نظام المياه الزنك الكهربائي مدفوعا التدرج الكيميائي ، ليس فقط تقديم رؤى جديدة عن فشل آلية المعادن القطب السالب في نظام المياه الزنك البطارية ، ولكن أيضا توفير التوجيه العالمي العقلاني تصميم نظام المياه الزنك البطارية .
الكاتب الأول هو تشاو تشونغ شى ، تشن يونغ تانغ ، المراسل هو البروفيسور تان بنغ ، هذا العمل بدعم من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ( 523b2061 ) و ( gg20900007001 ) .
