显微镜推进揭示了储能材料中的水的意外角色

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具有原子薄层水的材料拥有能量存储技术的承诺，研究人员现在发现水比预期的任何人都有不同的作用。由于新的原子力显微镜（AFM）方法，可响应于由储能引起的材料的变化测量材料中的子纳米级变形速率而可能的发现。

研究人员研究了结晶氧化钨二水合物，其由由原子薄层分离的结晶氧化物层组成。这些材料是感兴趣的，因为它拥有希望快速有效地存储和释放能量的承担。但是，它还没有明确在这一过程中扮演的作用。

为了解决这个问题，来自北卡罗来纳州立大学的研究人员，橡树岭国家实验室（Ornl）和德克萨斯州A＆M大学使用了一种新的方法。新技术依赖于AFM追踪原子秤上材料的膨胀和收缩，并且实时作为称为恒电位器的电子仪器移动电荷进出材料。这种技术允许团队检测材料中的均匀变形，因为电荷移动通过它。

“我们测试了缺乏水层的结晶钨氧化物二水合物和结晶氧化物氧化物，”NC州的材料科学与工程助理教授veronica augustyn说，在工作中的一篇论文的相应作者。“我们发现，水层似乎在材料如何机械地响应能量储存方面发挥着重要作用。”

“具体来说，我们发现水层做了两件事，”Ruocun“John”王，博士学位。学生在奥古斯丁的实验室和纸质的主要作者。“一个，水层最小化变形，意味着当离子时，当离子进出材料时，材料较少地扩展和收缩。二，水层使变形更加可逆，这意味着材料更容易返回其原始尺寸。“

“实际上，这意味着与水层的材料在储存充电时更有效，失去更少的能量，”Augustyn说。

本文，“Operando.原子力显微镜显示结构水驱动电池到伪涂布器过渡的机制，“发表在期刊上ACS纳米。本文由詹姆斯米切尔和谢尔比·博伊德（NC State）共同撰写;羌高，万宇蔡和尼娜Balke of Ornl;和德克萨斯州A＆M的Matt Pharr。这项工作是通过国家科学基金会的支持，在授权1653827和571800下支持;Orau Ralph E. Powe Junior Compulty Envancement奖，以及纳博利材料科学中心的支持，这是一个科学用户设施的DOE办事处和流体接口反应，结构和运输（第一）中心，能源前沿研究Center funded by the U.S. Department of Energy, Office of Science, Office of Basic Energy Sciences.

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编辑注：研究摘要跟随。

“Operando.原子力显微镜揭示了结构水驱动电池到伪涂布器过渡的力学“

作者：Ruocun Wang，James B. Mitchell，Shelby Boyd和Veronica Augustyn，北卡罗来纳州立大学;乌克岭全国实验室羌高，万宇蔡和尼娜巴克;和Matt Pharr，德克萨斯州A＆M大学

发表：5月16日，ACS纳米

迪伊：10.1021 / ACSNANO.8B02273

抽象的：钨氧化物中的结构水的存在导致能量储存机构中的过渡，从电池型嵌入（由固态扩散限制）到假偶联（受表面动力学的限制）。这里，我们证明这些电化学机制与在质子插入期间材料的机械响应连接，并呈现了利用机械联轴器进行电化学研究的途径。Operando.原子力显微镜膨胀测定法用于测量氧化还原活性储能材料的变形，并将局部纳米级变形链接到电化学氧化还原过程。该技术揭示了水合钨氧化物的局部机械变形比无水氧化物更小，逐渐逐渐逐渐逐渐逐渐逐渐逐渐发生，并且在嵌入过程中没有滞后而发生滞后。分层材料具有限制结构水的能力，以最小化机械变形可能有助于其快速储能动力学。