Chemistry

可充电电池非常适合存储能量和为从智能手机到电动汽车的电子设备供电。然而，在寒冷的环境中，它们可能更难以充电，甚至可能着火。 我是一名机械工程教授，从大学起就对电池感兴趣。我现在领导一个 电池研究组 在德雷塞尔大学。 在过去的十年里，我看了 锂离子电池价格下降 作为生产市场 已经变得更大了. 。未来预测预测市场可能达到 到 2030 年每年数千吉瓦时, ，显着增加。 但是，锂离子电池并不完美——这种增长也伴随着风险，例如它们在寒冷天气下会变慢，甚至着火。 锂离子电池背后 这 电化学储能 电池内部通过储存电力来工作 以离子形式. 。离子是具有非零电荷的原子，因为它们具有太多或不足的电子。 当您插入电动汽车或手机时，插座提供的电力 驱动这些离子 从电池的正极到负极。电极是电池中可以储存离子的固体材料，所有电池都有正极和负极。 电子以电力的形式穿过电池。随着每个电子传递到一个电极，锂离子也传递到同一电极。这确保了电池中的电荷平衡。当您驾驶汽车时，负极中存储的离子会移回正极，由此产生的电流为电机提供动力。 当锂离子电池向设备提供能量时，锂离子（携带电荷的原子）从负极（...

在一个 新发表的研究, ，我们描述了我们的自熄充电电池的设计。它用商用灭火器中的材料取代了最常用的高度易燃的电解质（由锂盐和有机溶剂组成的介质）。 电解质允许携带电荷的锂离子穿过锂离子电池正极和负极端子之间的隔膜。通过修改经济实惠的商业冷却剂作为电池电解质，我们能够生产出一种能够自熄的电池。 我们的电解液在很宽的温度范围内工作良好，从大约负 100 到 175 华氏度（负 75 到 80 摄氏度）。我们在实验室用这种电解液生产的电池可以很好地将热量从电池中转移出去，并有效地扑灭内部火灾。 我们对这些电池进行了钉刺测试，这是评估锂离子电池安全性的常用方法。驾驶一辆 不锈钢钉穿过充电电池 模拟内部短路；如果电池着火，则测试失败。当我们用钉子刺穿充电电池时，它们承受住了冲击而没有着火。 当锂离子电池向设备提供能量时，锂离子（携带电荷的原子）从阳极移动到阴极。充电时离子反向移动。 阿贡国家实验室/Flickr, CC BY-NC-SA 为什么这很重要 从本质上讲，电池的温度在充电和放电时会发生变化，这是由于 内阻 – 电池内部对锂离子流动的阻碍。 室外温度...

好奇的孩子 是一个适合所有年龄段儿童的系列。如果您有问题需要专家解答，请将其发送至 好奇的孩子@theconversation.com. 晶体是如何形成的？– Alyssa Marie，5 岁，新墨西哥州 从科学角度来说，“晶体”一词是指任何具有晶体结构的固体。 有序化学结构. 。这意味着它的各个部分按照精确有序的模式排列，就像墙上的砖块一样。“砖头”可以是 立方体或更复杂的形状. 我是 一名地球科学家和一名教师, ，所以我花了很多时间思考矿物质。这些是固体物质 天然存在于地下 并且不能进一步分解为除 它们的组成原子. 。岩石是不同矿物的混合物。 所有矿物质都是晶体, ，但并非所有晶体都是矿物质。 大多数岩石商店出售自然界中存在的矿物晶体。一是 黄铁矿，被称为愚人金 因为它看起来像真金。一些商店还出售华丽的人造水晶，例如 铋, ，一种在熔化和冷却时形成晶体的天然元素。 来自印第安纳州印第安纳波利斯采石场的黑色页岩中的黄铁矿。 詹姆斯·圣约翰/Flickr, 抄送 晶体为何以及如何形成 当...

许多人在日常生活中都会遇到氯，无论是作为家用漂白剂的成分还是游泳池水消毒的添加剂。氯还用作纸张和布料生产中的防腐剂、漂白剂，以及杀死饮用水中的微生物。 但这种熟悉的化学物质也具有剧毒。由于它在美国许多行业中普遍存在，因此经常在化学品事故和泄漏中释放。 作为一个 制药科学家, ，我研究化学品和其他材料影响人体的方式。目前，我正在努力开发 对抗氯气暴露的疗法 并了解氯对人类造成伤害的机制。我们正在开发的一种有前途的疗法是可吸入纳米粒子，它可以抵消氯气暴露后的肺损伤。 一种常见且危险的化学品 氯 是一种剧毒且广泛使用的化学品。在美国，它是产量排名前五位的化学品之一，产量约为1200万吨（1100万吨） 每年. 氯在室温下是一种黄绿色气体，具有高活性，这意味着它 很容易与许多其他化学物质形成化合物. 。这些反应通常非常强烈。氯 发生爆炸性反应或形成爆炸性化合物 与许多常见物质发生反应，包括氢、松节油和氨。 即使在日常使用中，氯也需要特殊的处理和预防措施。 CDC 接触氯气，即使是短时间 处于低水平, ，导致眼睛、喉咙和鼻子刺激，引起...

数亿吨 每年都有 10% 的一次性塑料最终进入垃圾填埋场，即使是一小部分被回收的塑料也无法永远使用。但我们的材料科学家小组开发了一种新的方法来制造和解构聚合物，这种方法可以生产更容易回收的塑料——不需要你在垃圾日仔细分类所有回收的塑料。 自诞生以来的一个世纪里，人们已经开始了解塑料对人类生活和环境的巨大影响（有益的和有害的）。作为一个 聚合物科学家小组 我们致力于为现实世界的问题发明可持续的解决方案，通过重新思考聚合物的设计方式和制造具有可回收性的塑料来解决这个问题。 无论如何，为什么要使用塑料？ 牛奶罐、杂货袋、外卖容器甚至绳子等日常用品都是由一类材料制成的 称为聚烯烃的聚合物. 。聚烯烃组成周围 塑料的一半 每年都会产生和处置。 这些聚合物用于塑料中，通常标记为 HDPE、LLDPE 或 PP，或分别标记为回收代码 #2、#4 和 #5。这些塑料非常耐用，因为 化学键 组成它们的物质极其稳定。但在一个一次性消费的世界中，这不再是一个设计特征，而是一个设计缺陷。 想象一下，如果今天使用的一半塑料可以通过两倍于现在的工艺进行回收。虽然这并不能让回收率达到 100%，但只是个位数的跃升 – 目前约为9% – 达到两位数将对塑料的...