Ett material med atomiskt tunna vattenlager lovar teknik för energilagring, och forskare har nu upptäckt att vattnet spelar en annan roll än någon hade väntat sig. Fyndet var möjligt på grund av en ny atomkraftsmikroskopi (AFM) metod som mäter sub-nanoskala deformationshastigheten i materialet som svar på förändringar i materialet som orsakas av energilagring.

Forskarna studerade kristallint volframoxiddihydrat, som består av kristallina volframoxidskikt åtskilda av atomiskt tunna lager av vatten. Materialet är av intresse eftersom det lovar att hjälpa till att lagra och släppa ut energi snabbt och effektivt. Dock, det har inte varit klart vilken roll vattnet spelar i denna process.

För att ta upp denna fråga, forskare från North Carolina State University, Oak Ridge National Laboratory (ORNL) och Texas A&M University använde en ny metod. Den nya tekniken bygger på AFM för att spåra expansion och sammandragning av materialet i atomskala och i realtid som ett elektroniskt instrument som kallas en potentiostat flyttar laddning in och ut ur materialet. Denna teknik gjorde att laget kunde upptäcka även mindre deformationer i materialet när laddningen rörde sig genom det.

"Vi testade både kristallint volframoxiddihydrat och kristallint volframoxid - som saknar vattenlagren, "säger Veronica Augustyn, en biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid NC State och motsvarande författare till en uppsats om arbetet. "Och vi fann att vattenlagren verkar spela en viktig roll i hur materialet reagerar mekaniskt på energilagring."

"Specifikt, vi fann att vattenlagren gör två saker, "säger Ruocun" John "Wang, en doktorsexamen student i Augustyns laboratorium och huvudförfattare till tidningen. "Ett, vattenlagren minimerar deformation, vilket betyder att materialet expanderar och dras ihop mindre när joner rör sig in och ut ur materialet när det finns vattenlager. Två, vattenlagren gör deformationen mer reversibel, vilket innebär att materialet lättare återgår till sina ursprungliga dimensioner. "

"I praktiken, detta innebär att materialet med vattenlager är mer effektivt vid lagring av laddning, tappar mindre energi, Säger Augustyn.

Pappret, "Operando Atomic Force Microscopy avslöjar mekanismen för strukturell vattendriven batteri-till-pseudokondensatorövergång, "publiceras i tidningen ACS Nano .