康奈尔大学的打破，可能意味着电板爆炸期间的驱逐
发布日期：2024-12-02 05:25 点击次数：112
康奈尔大学的参议东谈主员期骗特有的大轮回和分子笼结构的交融诡计了一种始创性的多孔晶体，增强了固态电板中的锂离子传输。
这种新的晶体诡计以一维纳米通谈为特征，显赫进步了离子的导电性，这一发展应允了更安全的电板，并在水净化和生物电子学方面有潜在的应用。
通过交融两种诬蔑的分子结构，康奈尔大学的参议东谈主员也曾斥地出一种多孔晶体，大致收受锂离子电解质，并通过一维纳米通谈凯旋运输。这种改换的诡计有可能进步固态锂离子电板的安全性。
该团队的参议效力详备发表在最近发表在《好意思国化学学会杂志》上的论文《用于快速锂离子传输的熔融大环笼分子的超分子拼装》中。第一作家是王玉哲（音译）。
该名堂由康奈尔大学工程学院材料科学与工程助理教师、该论文的资深作家钟宇（音译）率领，他的实际室专诚参议合成“软”和纳米级材料，这些材料不错鞭策动力存储和可合手续性技艺。
两年前，钟宇刚加入康奈尔大学，就被王玉哲关系上了。王玉哲是别称大三的本科转校生，对参与一个参议名堂充满温雅。
诡计更安全的锂离子电板
在钟宇的潜在课题列表中，最贫穷的是找到一种制造更安全的锂离子电板的口头。在传统的锂离子电板中，离子通过液体电解质来去穿梭。关联词液体电解质会在电板的阳极和阴极之间变成尖状的树突，这会使电板短路，或者在少许数情况下会爆炸。
固态电板每每更安全，但也濒临着特有的挑战。在这些电板中，由于增多的电阻，离子通过固体材料的速率更慢。为了克服这个问题，钟的想法是创造一种新式的多孔晶体，不错促进离子沿着指定的旅途暴露。这条旅途需要允许锂离子和晶体结构之间最小的互相作用，以注重离子粘在沿路。此外，晶体需要容纳高浓度的离子以保合手有用的导电性。
改换分子交融
在学院工程学习规划的资助下，王玉哲开动责任，并诡计了一种口头，将两个具有互补口头的偏心分子结构交融在沿路：大环和分子笼。
大环是由12个或更多原子构成的分子环，而分子笼是多环化合物，或多或少与它们的名字相似。
“大环和分子笼齐有内在的孔隙，离子不错在其中停留和通过，”王玉哲说。“通过使用它们行动多孔晶体的基石，晶体将有大的空间来存储离子和互贯串气儿的离子运输通谈。”
终了创记录的高离子电导率
王玉哲将这些身分交融在沿路，中间是一个分子笼，三个大环呈发射状贯串，就像翅膀或手臂一样。这些大环笼形分子期骗氢键和它们的互锁口头自拼装成更大、更复杂的纳米孔三维晶体，具有一维通谈 —— “离子运输的理念念阶梯”，字据钟宇的说法 —— 离子电导率高达每厘米8.3×10^-4西门子。
“这种导电性是这些基于分子的固态锂离子导电电解质的最高记录，”钟宇说。
详备的结构分析和应用
一朝参议东谈主员有了他们的晶体，他们需要更好地了解它的构成，是以他们与材料科学与工程教师Judy Cha博士调解，她使用扫描透射电子显微镜来探索它的结构，以及机械和航空航天工程助理教师Jingjie Yeo，他的模拟深入了分子和锂离子之间的互相作用。
“因此，把通盘的碎屑放在沿路，咱们最终诞生了一个很好的意会，为什么这种结构对离子传输确实很好，为什么咱们用这种材料赢得如斯高的导电性，”钟宇说。
除了制造更安全的锂离子电板外，这种材料还可能用于分手水净化中的离子和分子，以及制造用于生物电子电路和传感器的搀和离子-电子传导结构。
探索改日应用
“这种大环笼分子在这个社区中总共是新事物，”钟宇说。“分子笼和大环也曾被东谈主们所知有一段时辰了，但若何简直期骗这两种分子的特有几何口头来同样新的、更复杂的结构的自拼装是一个尚未探索的领域。目下在咱们的小组中，咱们正在参议不同分子的合成，若何将它们拼装起来并制造具有不同几何口头的分子，这么咱们就不错彭胀制造新纳米多孔材料的通盘可能性。也许它是为了锂离子导电性，或者以致可能是为了好多其他不同的应用。”
