开发定制的设备来确定电池电解液甜蜜点

只有少数表面力平衡世界苏珊苯胺集团其中的一个。“你不可能去买一个,”珀金解释说。员工在机电车间在牛津大学的化学系使仪器帕金作品的所有组件。

表面力平衡限制两个薄片材料之间的液体。苯胺团队通常会让这些表的一种粘土称为云母,因为它具有层状晶体结构,这意味着他们可以打破它沿着晶体平面光滑和相同的两块。仪器使用光和弯曲弹簧测量这些水晶面临与分子之间的距离分辨率。

测量力的函数距离给团队的直接测量相互作用能,可提供各种见解的液体的界面。有很多很多,你可以学习的东西,”珀金说。“例如,我们了解液体的结构,离子的相互作用在表面。如果我们应用电场,他们如何移动?随着时间的推移它如何变化?如果你添加一些额外的分子改变表面吗?例如,使其疏水性。

苯胺团队开发和修改他们的表面力平衡学习不同的东西,与车间人员合作,调整其光学和机械的细节。我们的设备是高分辨率的。它是漂亮的。”她强调,在部门高度熟练的车间员工对她的团队至关重要的工作。如果我们和供应商一起工作以外的地方城市,进度会很慢,当事情出错的一个实验,我们没有机会真正拯救。

他们使用鞋盒大小的表面力平衡研究电解质,特别是电解质界面。理解的结构、反应热力学和动力学行为在电极和电解质之间的接口是基本知识研究人员试图发展与提高电池性能。一个迭代苯胺团队的表面力平衡使用石墨烯代替云母,它允许他们研究石墨烯电极之间的电解质的行为如何。¹

电解液腐蚀

100年前,彼得·德拜和Erich Huckel设计了一个数学理论来解释如何从一个表面的离子浓度随距离。它说,两个带电粒子之间的相互作用或表面电解液指数随着分离距离的增加衰减。但在她职业生涯的早期,帕金和她的同事们发现,当电解质包含高浓度的离子,约0.1 mol / l以上,Debye-Huckel理论失败。²相反,对于集中电解质,离子电荷密度衰减振荡的方式。帕金澄清这个衰变模式已经预测,但它不是众所周知的。她的团队的工作是第一个显示实验。

电池使用高浓度的电解质离子,但这种振荡衰减模式创建的层可以损害他们的表现。如果你想储存能量,离子必须能够到达电极很容易,”珀金解释说。研究人员设计电池电解液材料因此希望减少振荡。我们在后续的实验已经显示的是如何变化的浓度和离子半径的大小和比例等修改这个阻尼振荡。有些条件是最小的。这就是甜蜜点你会寻找。

电池开发人员通常与这些特性设计电解质通过试错,但是他们并不知道为什么,帕金说。betway必威游戏下载大全我们解释物理,当你了解的东西,这意味着你可以做得更好。”

电池电解质并不是唯一帕金在她的实验室调查。海水的电解质,电解质和生理如细胞溶质,例如,包含离子在浓度有关于他们的基本物理化学知识空白。“有很多好奇的观察和悬而未决的问题在凝聚态的静电学的世界。而且我觉得实验是正确的方式发现,我们需要前进的方向,”她说。

帕金最近被命名的化学奖得主2023年英国Blavatnik青年科学家奖。特别是奖强调了实验观察她用表面力平衡。”这让我感激的学生和博士后团队我有好运一起工作这么长时间,因为没有什么好来的科学如果没有这些对话和死角我们一起了,”她说。我肯定感到惭愧,因为我的名字是存在的,但其实每一个人。”