電化學方法有望實現更快的電池充電和更長的電池壽命。

科學家們開發了一種新的電化學方法，有望提高我們對下一代電池、生物電子接口和神經形態計算電路至關重要的材料中電荷傳輸的理解。

根據研究， 報導 在雜誌上 先進材料這種方法有可能顯著減少電池充電時間，同時提高能量密度和使用壽命。

研究人員的發現為提高電化學系統（包括電池、燃料電池和傳感器）的性能提供了新的見解。它們提供了可靠的基礎，使能量存儲和轉換設備能夠更快地運行、更高的效率和更長的使用壽命。

沙迦大學儲能和超級電容器專家、論文合著者 Anis Allagui 教授表示：“這項研究通過將現代電化學設備中使用的電極和導體在時域和頻域中的特性耦合起來，對現代電化學設備中使用的電極和導體的設計產生了重要影響。”

他強調，使用分數擴散理論的研究增進了對複雜材料中瞬態電荷行為的理解，這對於開髮用於先進電化學工程系統的高性能組件至關重要。

“這項工作提供了一種重要的定量方法，將復雜系統中的微觀動力學與宏觀可測量變量聯繫起來，”阿拉吉教授補充道。

“通過提高我們對瞬態充電的理解，這項研究為開發具有改進性能的混合離子電子導體鋪平了道路，例如更快的充電時間、更高的能量密度和更長的使用壽命。”

電化學裝置功能和操作的進步對於能源技術的發展至關重要，包括高性能電池、超級電容器和燃料電池，以及生物電子和神經形態電路。

“了解這些材料中電荷傳輸的動態對於優化器件性能至關重要，”阿拉吉教授說。

當被問及這項研究的主要重點時，阿拉吉教授解釋說，作者的主要目標是為學術知識做出貢獻。然而，他表示：“這項（研究）結果的潛在應用對能源存儲和轉換技術行業具有重大意義。”

“開發更高效和可持續能源解決方案的公司和機構可能會發現這項研究的結果對於材料和設備設計的未來創新很有價值，”他指出。

作者表示，這項研究“為分析 MIEC 系統中的亞擴散離子傳輸提供了堅實的實驗和理論基礎”，MIEC 系統是一類對先進電化學應用至關重要的材料。

作者寫道：“這裡獲得的見解提出了優化混合導體器件性能的一般設計原則，特別是在離子動力學限制速度或需要記憶效應的情況下。”

本文研究了混合離子電子導體 (MIEC) 的複雜行為，它在能量存儲和轉換、生物電子學和神經形態系統等新興技術中發揮著核心作用。儘管這些材料的基本物理原理相對較好地被理解，但控制其電荷動力學的瞬態機制仍然相對未被探索。

作者的分析表明，較薄的 MIEC 薄膜中的離子傳輸表現出更快的充電和放電行為，遵循分數擴散模型準確預測的厚度限制縮放定律。此外，研究表明分數阻抗可以作為確定擴散行為和細化設備操作參數的實用診斷工具。

Allagi 教授強調說：“我們正在引入一種使用分數擴散模型的新方法，其中包括記憶效應和非局部相互作用，以更好地描述 MIEC 中的動態充電過程。”

作者表示，MIEC 不僅在能量存儲方面發揮著至關重要的作用，而且在生物電子學和神經形態計算方面也發揮著至關重要的作用。他們指出：“了解這些材料中的電荷傳輸動力學對於優化器件性能至關重要。”

作者寫道：“這些發現將理論電化學和實際儀器聯繫起來，說明瞭如何通過調整薄膜厚度和形態來實現傳輸維度。”

“我們的方法結合了電化學理論和實際實驗，為量化基於 MIEC 的設備中的異常電荷擴散動力學提供了一種穩健且可重複的方法。”

作者重申，他們的工作“為未來通過結構控制調節離子-電子耦合的研究奠定了基礎，並推動將分數模型集成到器件建模以及下一代電力和電子器件的設計中。”