Nieuwe 'Ultra-Battery' zo energiedicht als hoge explosieven

De energiedichtheid van batterijen is enorm belangrijk om nieuwe technologieën mogelijk te maken. Ondertussen heeft de strijd om steeds krachtigere batterijen te maken zelfs ertoe geleid dat sommige fabrikanten zijn gaan nadenken over: mobiele telefoons van stroom voorzien met energierijke koolwaterstoffen zoals propaan.

Dit is de reden waarom de beweringen werden gedaan over een ultra-batterij in een extreem vroeg stadium onlangs aangekondigd in het journaal Natuurchemie zijn zo opmerkelijk.

Als je erover nadenkt, [dit] is de meest gecondenseerde vorm van energieopslag buiten kernenergie, zei uitvinder Choong-Shik Yoo van de Washington State University. Yoo's ultrabatterij bestaat uit xenondifluoride (XeF2), een wit kristal dat wordt gebruikt om siliciumgeleiders te etsen, gecomprimeerd tot een ultradichte staat in een diamanten bankschroef die een druk uitoefent van meer dan twee miljoen atmosfeer.

Door dit drukniveau op XeF2 uit te oefenen, wordt de substantie gemetalliseerd, waarbij alle atomen dichter bij elkaar worden geduwd, in een nieuwe stabiele toestand.

Deze afbeelding laat zien hoe het kristal van kleur verandert als het van toestand verandert, van een relatief zacht transparant kristal naar een roodachtige tweedimensionale grafietachtige hexagonale gelaagde structuur, en dan, boven 70 Gigapascal druk, naar een zwarte driedimensionale fluorietachtige structuur, dat een metaal is.

In zijn ultradichte toestand wordt de mechanische energie die wordt overgedragen naar de gemetalliseerde XeF2 nu opgeslagen in de stof zelf als een soort chemische energie. Het enige dat nodig is om het vrij te geven, is een verstoring van een enkel atoom in het kristal, waardoor de hele gemetalliseerde substantie spontaan opengaat, zegt Yoo.

De reactie zou, letterlijk, explosief zijn. In een oogwenk zou de XeF2 zijn opgeslagen energie omzetten in thermische energie met een efficiëntie van bijna 100%. De XeF2 slaat ongeveer 1 kilojoule energie per gram op, of ongeveer 10% van de energie opgeslagen in een raketbrandstof van vloeibare H2- en O2-mengsels, of ongeveer 20% van [de energie opgeslagen in] een van de krachtigste explosieven, HMX, zegt Yo. Wanneer het wordt beschouwd als een potentieel energieopslagmedium, kwalificeert deze ontdekking zich als een nieuwe klasse van energetische moleculen of vaste brandstoffen, voegt hij eraan toe.

Totdat we erachter zijn gekomen hoe we door raketten aangedreven consumentenelektronica kunnen bouwen, is de truc om van XeF2 een levensvatbaar middel te maken voor het opslaan en vrijgeven van energie, om erachter te komen wat voor soort onzuiverheden we moeten toevoegen om het metastabiel te maken, net als alle brandbare fossiele brandstoffen die we hebben. zijn omgeven door, wat we plastics noemen.

Als je nadenkt over alle materialen die we kennen, is 95% of meer in een metastabiele staat, zegt Yoo.

Metastabiliteit is een fundamenteel probleem in materiaalonderzoek en komt veel voor bij veel andere stoffen die metalliseren en exotische eigenschappen krijgen nadat ze in extreme mate zijn gecomprimeerd, waaronder CO2, N2, O2 enz. Als Yoo en zijn collega's dit probleem voor een gemeenschappelijke stoffen die bij hoge druk een nieuwe moleculaire configuratie kunnen krijgen, zullen ze een geheel nieuwe manier hebben gecreëerd om energie op te slaan.

Dat doel is echter nog ver weg - tot nu toe is Yoo's ontdekking alleen in het laboratorium gesynthetiseerd, in hoeveelheden die zo klein zijn dat het geen gevaar oplevert als het wordt uitgepakt.

Volg Christopher Mims op Twitter , of neem contact met hem op via e-mail .

zich verstoppen