Ličio jonų akumuliatorių „įkūrėjas“ padeda savo atradimu išspręsti 40 metų senumo problemą

Pagerintas ličio jonų akumuliatoriaus tarnavimo laikas

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius և pagerino ilgalaikę galią. Paskola: ill il Hemman / ORNL

Aštuntojo dešimtmečio pabaigoje M. Stanley Whittinghamas pirmasis aprašė ličio jonų akumuliatorių įkrovimo koncepciją, už kurią jis pasidalintų Nobelio chemijos premija. Tačiau net jis negalėjo numatyti sudėtingų medžiagų mokslo iššūkių, kurie iškiltų, kai šios baterijos būtų maitinamos pasaulio mobilia elektronika.

Nuolatinė techninė problema yra ta, kad kiekvieną kartą, kai į prietaisą įdedama nauja ličio jonų baterija, maždaug penktadalis energijos prarandama, kol prietaisas pirmą kartą įkraunamas. Teisingai, baterija įdėta į nešiojamąjį kompiuterį, fotoaparatą, laikrodį ar net naują elektromobilį.

Priežastis yra nešvarumai, susidarantys ant nikelio turinčių katodų, teigiamos (+) akumuliatoriaus pusės, per kurią išleidžiama sukaupta energija.

Norėdami rasti būdą išsaugoti prarastą turtą, Whittinghamas vadovavo tyrėjų komandai, įskaitant kolegas Niujorko valstijos universitete SUNY Binghamton, DOE Brookhaven (BNL), Oak Ridge Scientists ir National Laboratories. Komanda naudojo rentgeno spindulius ir neutronus išbandyti, ar pirmaujanti katodo medžiaga, laminuota nikelio-mangano-kobalto NMC 811, be apdorojimo ličio-niobio oksidu, pailgintų baterijos veikimo laiką.

Tyrimo rezultatai. pasirodė: ACS energijos raidės,

VOKLANAS:

VULCAN skirtas deformacijos, fazių transformacijos, liekamojo įtempio, audinių mikrostruktūros tyrimams. Į įrankį įeina apkrovos rėmai, šildytuvai, akumuliatorių įkrovikliai, kita pagalbinė įranga vietoje, kad būtų galima laiku atlikti matavimus. VULCAN, kaip galingiausias pasaulyje impulsinis, greitintuvu pagrįstas neutronų šaltinio skrydžio laikmatis, užtikrina greitą 3D žemėlapių sudarymą, kai imties dydis yra 2–600 mm.3: ժամանակը Minimalus bendrųjų inžinerinių medžiagų matavimo laikas. Kraštutiniais atvejais VULCAN turi galimybę ištirti kinetinį elgesį per kelias sekundes. Paskola DARYTI:

„Mes išbandėme NMC 811 ant laminuoto oksido katodo medžiagos, kai numatėme, kad ličio neturintis niobio oksidas ant paviršiaus sudarys nanodalelių niobio oksido dangą, kuri į medžiagą perduos ličio jonus“,-sakė jis. Whitham. „SUNY S SUNY Binghamton“ garbės profesorius, Šiaurės rytų cheminės energijos išsaugojimo centro (NECCES) direktorius, „DOE Energy Frontier Research Center“.

Ličio baterijos turi katodus, pagamintus iš kintamų sluoksnių ličio ir nikelio turinčių oksido medžiagų (cheminių junginių, kuriuose yra bent vienas deguonis) atomas), nes nikelis yra palyginti pigus և padeda užtikrinti didesnį energijos tankį և didesnį saugojimo pajėgumą už mažesnę kainą nei kiti metalai.

Tačiau katodo nikelis yra santykinai nestabilus, todėl lengvai reaguoja su kitais elementais, todėl katodo paviršius yra padengtas nepageidaujamomis priemaišomis, o tai sumažina baterijos tarnavimo laiką 10–18% per pirmąjį iškrovimo ciklą. Nikelis taip pat gali sukelti nestabilumą katodo struktūroje, o tai dar labiau sumažina „ilgo iškrovimo“ įkrovos talpą.

„Spallation Neutron“ šaltinis:

SNS gamina neutronus per greitintuvu pagrįstą sistemą, kuri perduoda trumpus (mikrosekundinius) protonų impulsus į plieninį taikinį, užpildytą skystu gyvsidabriu per procesą, vadinamą spallavimu. Tada šie neutronai nukreipiami į naujausius įrankius, kurie suteikia tyrėjams daugybę galimybių įvairiuose moksluose: fizikoje, chemijoje, biologijoje ir medžiagų moksle. Paskola DARYTI:

Norėdami suprasti, kaip niobija veikia nikelio turinčias katodines medžiagas, tyrėjai atliko neutronų dulkių difrakcijos tyrimus su VULCAN inžinerinių medžiagų difraktometru ORNL Spallation Neutron Source (SNS). Jie išmatavo modifikuotų mėginių neutronų difrakcijos modelius gryname NMC 811 io niobyje.

„Neutronai lengvai įsiskverbė į katodo medžiagą, kad sužinotų, kur yra niobio-ličio atomai, ir tai suteikė mums geresnę idėją, kaip veikia niobio modifikavimo procesas“,-sakė NECCES baterijų gamyklos vadovas Hui Zhou. „Neutronų sklaidos duomenys rodo, kad niobio atomai stabilizuoja paviršių, sumažina pirmojo ciklo nuostolius, o esant aukštesnei temperatūrai, niobio atomai kai kuriuos mangano atomus perkelia giliau į katodo medžiagą, taip pagerindami ilgalaikį saugojimą“.

Eksperimento rezultatai parodė, kad pirmojo ciklo galios nuostoliai sumažėjo ավելի daugiau nei 93% pagerintos ilgalaikės priežiūros per 250 iškrovos ciklų.

„Dėl geresnių elektrocheminių savybių ir struktūrinio stabilumo niobiu modifikuotas NMC 811 tampa katodo medžiaga, skirta naudoti didesnio energijos tankio programose, tokiose kaip elektrinės transporto priemonės“,-sako Whithamas. “Niobio dangos derinimas su mangano atomais, pakeičiant niobio atomus, gali būti geresnis būdas padidinti pradinį stiprumą ir ilgalaikę priežiūrą.” Šiuos pokyčius galima lengvai padidinti naudojant dabartinius daugiapakopius NMC medžiagų gamybos procesus.

Whittingham pridūrė, kad tyrimas palaiko „Battery500 Consortium“, daugiadalykio projekto, kurį vykdo DOE Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinė laboratorija, skirta DOE energijos efektyvumui ir atsinaujinančiai energijai, tikslus. Programa kuria naujos kartos ličio jonų akumuliatorių elementus, kurie pagamina iki 500 vatų kilogramui, o dabartinis vidutinis kilogramas-220 vatų.

Nuoroda. Fengsia Sini, Hui Zhu, Yansu ong ong, Mateush uba Ubai, Yan Chen, Natasha A. Chernova, ian Yanming Bai, Ben Pei, Anshika Goel, Yatinkumar Rana, Feng Wang, Ke An, Louis FJ Piper, Guangwen Zhou ir M. , 1821 m. Kovo 18 d. ACS energijos raidės,
DOI: 10.1021 / acsenergylett.1c00190:

Apklausą atliko DOE յուն Atsinaujinančių išteklių energijos biuras, Transporto priemonių technologijų biuras և Naudokite BNL nacionalinio sinchrotrono šviesos šaltinio II (NSLS-II) išteklius և ORNL neutralizavimo neutronų šaltinis.

SNS և NSLS-II yra „DOE Office of Science“ funkcijos. „UT-Battelle LLC“ valdo ORNL, skirtą DOE of Science biurui. Mokslo biuras yra vienintelis didžiausias pagrindinių fizinių mokslų tyrimų šalininkas Jungtinėse Valstijose, kuris stengiasi spręsti aktualiausius mūsų laikų iššūkius.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasukite 3D ritmą Marse ir ištirkite NASA ištvermę

NASA „Mars Perseverance“ roveris rodomas jo stotelėje prie Jezero kraterio, tokiu būdu peržiūrėjus iš „Naršykite ištvermingai“ 3D žiniatinklyje. Šis interaktyvus žiniatinklio įrankis turi...

Prieš 400 000 metų senovės žmonės išsaugotus dramblius pavertė nuostabiais kaulų instrumentais

Kaulų įrankiai buvo iškasti iš Castel di Guido Italijoje. Kreditas: Villa ir kt. 2021 PLOS TASI Senovės žmonės galėjo padaryti nuostabių dalykų su...

Šimtai erelio ruonių, apvyniotų meškerėmis ir tinklais, kasmet sukelia siaubingus sužalojimus ir skaudžias mirtis.

Žvejybos tinklai ir tinklai daro didelę įtaką kailių ruoniams (Arctocephalus pusillus), labiausiai paplitę jūrų žinduoliai, buvo pastebėti Pietų Afrikos ir Namibijos pakrantėse, kur jie...

FDP balsavo 16: 2 ir atmetė Piper vakcinos „oster A“ vakcinos platinimą plačiajai visuomenei.

Šiuo metu nėra trečiosios Kovid-19 vakcinos. Pirmaujanti Maisto ir vaistų administracijos (FDA) mokslinė patariamoji taryba balsavo už tai, kad plačiajai visuomenei būtų atsisakyta suteikti „Pfizer“...

Elon Musk Tesla Bot kelia rimtą susirūpinimą

„Tesla“ kitais metais ketina pristatyti humanoidinio roboto prototipą. Paskola: Tesla Elonas Muskas paskelbė apie humanoidinį robotą, skirtą padėti šioms pasikartojančioms, varginančioms užduotims, kurių žmonės...

Newsletter

Subscribe to stay updated.