新材料助力离子传输加速，推动能源存储技术进步

来自 实验室仪器网

科研团队在国际著名期刊《先进材料》上发表了一项关于新材料在离子传输中应用的研究中，科学家发现了一种机制，可以将混合有机离子电子导体中的离子运动加速十倍以上。这项研究为能源存储技术的发展提供了新的思路，可能会对电动汽车和可再生能源系统的普及产生深远影响。

纳米科学打破了速度记录，有可能带来许多新的进步，例如增强电池充电、生物传感、软机器人和神经形态计算。这些导体结合了包括人体在内的许多生物系统中使用的离子信号和计算机中使用的电子信号的优点。

新技术利用分子吸引离子并将其集中到独特的纳米通道中，从而加速这些导体中的离子运动，形成一种微小的“离子高速公路”。

能够以前所未有的方式控制生命体一直在使用的这些信号，这非常强大。这种加速还可能对能量储存有好处，这可能会产生很大的影响。

这些导体具有巨大的潜力，因为它们允许离子和电子同时移动，这对于电池充电和储能至关重要。它们还为混合生物和电子机制的系统提供动力。

然而，这些导体如何协调离子和电子的流动尚不清楚。在这项研究中发现，离子在导体内移动缓慢。由于它们的同步运动，缓慢的离子迁移率降低了电流。发现离子在导体中流动正常，但它们必须经过这个矩阵，就像老鼠窝一样，电子才能流动。这会减慢离子的速度。

为了解决这个问题，研究人员设计了一种纳米级的直离子导管。然后，他们必须将离子吸引到其中。他们依靠生物学来实现这一点。所有活细胞，包括人体内的细胞，都使用离子通道来将化合物转入和转出，因此团队使用了一种类似细胞的机制：喜欢或不喜欢水的分子。

首先，在通道内铺上亲水分子，这些分子会吸引水中的离子，也就是通常所说的电解质。然后离子会迅速穿过通道，比单独在水中移动快十倍以上。离子的迁移速度创下了有记录材料中离子速度的新世界纪录。另一方面，当研究人员在通道内铺满疏水性、排斥水的分子时，离子就会避开通道，而被迫穿过速度较慢的“鼠窝”。

科研团队发现，化学过程可能会逆转分子对电解质的吸引力。这将打开和停止离子高速公路，就像生物系统通过细胞壁调节通道一样。作为实验的一部分，科学家们开发了一种传感器，它可以通过打开或关闭离子高速公路快速检测通道附近的化学反应，从而产生计算机可以读取的电脉冲。

研究团队表示，未来的工作将重点放在进一步优化材料的化学组成和结构，以实现更高的离子导电性和更低的生产成本。同时，将与工业界合作，将这些新材料应用于实际产品中，推动能源储存技术的商业化。

这一研究成果不仅为材料科学家提供了新的方向，也为电池技术的革新开辟了新的路径，预示着更高效、更环保的能源存储解决方案即将到来。

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