Nytt 'Ultra-Battery' lika energität som högexplosiv ämnen

Batteriernas energitäthet är oerhört viktig för att möjliggöra ny teknik. Samtidigt har försöket att skapa allt kraftfullare batterier till och med fått vissa tillverkare att överväga driva mobiltelefoner med energitäta kolväten som propan.

Det är därför påståendena gjordes för ett extremt tidigt stadium av ultrabatteri nyligen meddelat i journalen Naturkemi är så anmärkningsvärda.

Om du tänker på det, är [detta] den mest kondenserade formen av energilagring utanför kärnenergi, sa uppfinnare Choong-Shik Yoo från Washington State University. Yoos ultrabatteri består av xenondifluorid (XeF2), en vit kristall som används för att etsa kiselledare, komprimerad till ett ultratätt tillstånd inuti ett diamantskruvstycke som utövar ett tryck på mer än två miljoner atmosfärer.

Genom att applicera denna nivå av tryck på XeF2 metalliserar ämnet, trycker alla dess atomer närmare varandra, till ett nytt stabilt tillstånd.

Denna figur visar hur kristallen ändrar färg när den ändrar tillstånd, från en relativt mjuk transparent kristall till en rödaktig tvådimensionell grafitliknande hexagonal skiktad struktur, och sedan, över 70 Gigapascals tryck, till en svart tredimensionell fluoritliknande struktur, som är en metall.

I sitt ultratäta tillstånd lagras nu den mekaniska energin som överförs till den metalliserade XeF2 i själva ämnet som en slags kemisk energi. Allt som krävs för att frigöra det är en störning av en enda atom i kristallen, vilket kommer att få hela den metalliserade substansen att spontant packa upp, säger Yoo.

Reaktionen skulle bokstavligen vara explosiv. På ett ögonblick skulle XeF2 förvandla sin lagrade energi till termisk energi med nästan 100 % effektivitet. XeF2 lagrar cirka 1 kilojoule energi per gram, eller cirka 10 % av energin som lagras i ett raketbränsle av flytande H2- och O2-blandningar, eller cirka 20 % av [energin som lagras i] ett av de mest kraftfulla sprängämnena, HMX, säger Yoo. När den ses som ett potentiellt energilagringsmedium, kvalificerar denna upptäckt som en ny klass av energiska molekyler eller fasta bränslen, tillägger han.

Tills vi tar reda på hur man bygger raketdriven hemelektronik, är tricket för att förvandla XeF2 till ett hållbart sätt att lagra och frigöra energi att ta reda på vilken typ av föroreningar vi ska lägga till för att göra den metastabil, precis som alla brännbara fossila bränslen vi är omgivna av, vilket vi kallar plast.

Om du tänker på alla material vi känner till är 95 % eller mer i ett metastabilt tillstånd, säger Yoo.

Metastabilitet är ett grundläggande problem inom materialforskning, och är gemensamt för många andra ämnen som metalliserar och får exotiska egenskaper efter att ha komprimerats i extrem grad, inklusive CO2, N2, O2 etc. Om Yoo och hans kollegor kan erövra denna fråga för en gemensam ämnen som kan få en ny molekylär konfiguration vid höga tryck, kommer de att ha skapat ett helt nytt sätt att lagra energi.

Det målet är dock långt borta - hittills har Yoos upptäckt bara syntetiserats i labbet, i mängder så små att det inte utgör någon fara när den öppnas.

Följ Christopher Mims på Twitter , eller kontakta honom via e-post .

Dölj