Un material con capas de agua atómicamente delgadas es prometedor para las tecnologías de almacenamiento de energía, y los investigadores ahora han descubierto que el agua está desempeñando un papel diferente al previsto. El hallazgo fue posible debido a un nuevo método de microscopía de fuerza atómica AFM quemide la tasa de deformación a nanoescala en el material en respuesta a cambios en el material causados por el almacenamiento de energía.
Los investigadores estudiaron dihidrato de óxido de tungsteno cristalino, que consiste en capas de óxido de tungsteno cristalino separadas por capas de agua atómicamente delgadas. El material es interesante porque promete ayudar a almacenar y liberar energía de manera rápida y eficiente. Sin embargo, noha quedado claro qué papel juega el agua en este proceso.
Para abordar esta pregunta, los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge ORNL y la Universidad de Texas A&M utilizaron una nueva metodología. La nueva técnica se basa en AFM para rastrear la expansión y contracción del material a escala atómicay en tiempo real como un instrumento electrónico llamado potenciostato mueve la carga dentro y fuera del material. Esta técnica permitió al equipo detectar incluso deformaciones menores en el material a medida que la carga se movía a través de él.
"Probamos el dihidrato de óxido de tungsteno cristalino y el óxido de tungsteno cristalino, que carece de las capas de agua", dice Veronica Augustyn, profesora asistente de ciencia e ingeniería de materiales en NC State y autora correspondiente de un artículo sobre el trabajo ". Ydescubrimos que las capas de agua parecen jugar un papel importante en la forma en que el material responde mecánicamente al almacenamiento de energía ".
"Específicamente, encontramos que las capas de agua hacen dos cosas", dice Ruocun "John" Wang, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Augustyn y autor principal del artículo. "Uno, las capas de agua minimizan la deformación, lo que significa queel material se expande y contrae menos a medida que los iones entran y salen del material cuando hay capas de agua. Dos, las capas de agua hacen que la deformación sea más reversible, lo que significa que el material vuelve a sus dimensiones originales más fácilmente ".
"En términos prácticos, esto significa que el material con capas de agua es más eficiente para almacenar carga, perdiendo menos energía", dice Augustyn.
El artículo "Operando Atomic Force Microscopy Reveals Mechanics of Structural Water Driven Battery-to-Pseudocapacitor Transition" se publica en la revista ACS Nano . El documento fue escrito por James Mitchell y Shelby Boyd de NC State; Qiang Gao, Wan-Yu Tsai y Nina Balke de ORNL; y Matt Pharr de Texas A&M. El trabajo se realizó con el apoyo de la National Science Foundationen virtud de las subvenciones 1653827 y 571800; un Premio ORAU Ralph E. Powe Junior Faculty Enhancement, así como el apoyo del Centro de Ciencias de Materiales de Nanofase, que es una Oficina del Usuario de la Oficina de Ciencia del DOE y las reacciones, estructuras y transporte de la interfaz de fluidos FIRSTCentro, un Centro de Investigación de la Frontera Energética financiado por el Departamento de Energía de los EE. UU., Oficina de Ciencia, Oficina de Ciencias de la Energía Básica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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