显微镜前进揭示了水在储能材料中的意外作用

具有原子级薄水层的材料有望用于储能技术，研究人员现在发现水的作用与人们预期的不同。这一发现是可能的，因为新的原子力显微镜(AFM)方法可以测量材料中的亚纳米级变形率，以响应由储能引起的材料变化。

研究人员研究了结晶氧化钨二水合物，它由结晶氧化钨层组成，由原子级薄的水层隔开。这种材料很有意义，因为它有助于快速有效地储存和释放能量。但是，尚不清楚水在这个过程中起什么作用。

为了解决这个问题，来自北卡罗来纳州立大学，橡树岭国家实验室(ORNL)和德克萨斯A&M大学的研究人员使用了一种新方法。新技术依靠AFM在原子尺度和实时跟踪材料的膨胀和收缩，因为称为恒电位仪的电子仪器将电荷移入和移出材料。这种技术使团队能够在电荷通过它时检测材料中的微小变形。

“我们测试了结晶氧化钨二水合物和结晶氧化钨 - 缺乏水层，”北卡罗莱纳州立大学材料科学与工程助理教授，一篇关于这项工作的论文的通讯作者Veronica Augustyn说。“我们发现水层似乎在材料如何机械响应储能方面起着重要作用。”

“具体来说，我们发现水层做了两件事，”Ruocun“John”Wang博士说。奥古斯丁实验室的学生和论文的主要作者。“一，水层使变形最小化，这意味着当有水层时离子进出材料时材料膨胀和收缩较少。二，水层使变形更可逆，这意味着材料返回到其中原始尺寸更容易。“

“实际上，这意味着带有水层的材料在储存电荷方面效率更高，能耗更低，”奥古斯丁说。