As células químicas eletrônicas – ou baterias, como um exemplo bem conhecido – são tecnologias complexas que combinam química, física, ciência de materiais e eletrônicos. Do smartphone a veículos elétricos é mais do que a fonte de eletricidade para tudo, eles permanecem como uma motivação poderosa para a investigação científica, que deseja entender completamente sua estrutura e evolução no nível molecular.
Uma equipe liderada pelo professor Engji Jang, do Departamento de Ciência e Engenharia da Faculdade de Engenharia da Universidade de Urbana-Champagne, é amplamente reconhecido, mas frequentemente concluiu a primeira investigação das células químicas eletrônicas sobre os aspectos negligenciados das células: o não uniforme na interface de exato sólido das células. Como os pesquisadores relataram no processamento da Academia Nacional de Ciências de Ciências, a imagem microscópica sugere que essas estruturas interplásicas, chamadas de nível duplo elétrico (EDL), são organizadas em uma configuração específica em resposta à declaração química da superfície energética.
Kian AI, estudante de graduação do grupo de pesquisa, Kian AI e Kian AI, disse: “Eles tendem a pensar em células químicas eletrônicas para serviços técnicos como apenas bateria, mas ainda têm muita ciência que informará as aplicações técnicas”. “Em nosso trabalho, testamos cuidadosamente EDLs com microscopia de força atômica 3D, que foi projetada para entender a pequena força.
Para manter o desequilíbrio elétrico, o líquido aproveita as cargas móveis dentro do eletrólito, o que gera diferença de tensão entre os dois terminais. A investigação inicial desses sistemas há 100 anos revelou a existência de EDLs na interface entre o condutor forte para mediar a diferença entre eletrólitos líquidos e tensão. Eles são compostos de eletrólitos auto-organizados nas camadas de nanômetros e caretas na interface.
No passado, o trabalho mostra que interfaces fortes nas baterias são diferentes, elas exibem diferentes composições e morfologias químicas localmente, às vezes formando grupos na superfície. No entanto, esses esforços para estudar e modelar células químicas eletrônicas, concentrando -se em sistemas modelo com esses apartamentos e superfícies uniformes. O resultado é um intervalo de conhecimento que impede nosso entendimento sobre células químicas eletrônicas e tecnologia de bateria.
Para investigar diferentes interfaces, a equipe usou a microscopia de força nuclear 3D, que é uma técnica projetada para entender pequenas forças. Esse método lhes permite estabelecer um relacionamento com estruturas nucleicas nos estágios iniciais do carregamento da bateria com os aglomerados de superfície nas EDLs. Com base nos dados, os pesquisadores sugeriram três reações primárias no EDLS: “Namman”, onde as camadas aparecem em torno do cluster; “Breaking”, onde as partes das camadas são as novas camadas intermediárias para se formar; E “Reinição”, onde o nível EDL acima do cluster conecta a camada mais próxima ao deslocamento ao número de nível.
“Esses três padrões são bastante universais”, disse AI. “Essas estruturas são basicamente devidas ao tamanho limitado das moléculas líquidas, não à química específica, devemos ser capazes de prever a estrutura líquida com base na forma da superfície sólida para nossos outros sistemas”.
Os pesquisadores estão ansiosos para expandir suas explorações.
“É inovador”, disse Jang. “Resolvemos EDLs em diferentes sistemas eletroquímicos, que é uma colheita sagrada de química eletrônica.
Lalith Bonagiri, Castub Page, Zaheen Kim e Shan Zho também contribuíram para este trabalho.
A assistência foi fornecida pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea.
Yingji Jang é um professor assistente de engenharia de Illinois Grenger, Professor de Ciência de Material e Engenharia do Departamento de Materiais e Engenharia. Ele é faculdade do Laboratório de Pesquisa de Materiais e do Instituto Bakeman de Ciência e Tecnologia Avançada.
