Nauja vaizdo technologija parodo, kaip išmaniųjų telefonų baterijas galima įkrauti per kelias minutes

Mokslininkai sukūrė paprastą laboratorijomis pagrįstą metodiką, leidžiančią pažvelgti į ličio jonų baterijas, sekti ličio jonų baterijas, kurios įkrauna ir iškrauna baterijas realiu laiku, o to dar nebuvo galima padaryti anksčiau.

Naudodamiesi nebrangia technologija, mokslininkai atskleidė greičio ribojimo procesus, kuriuos išsprendus dauguma akumuliatorių daugumoje išmaniųjų telefonų ir nešiojamųjų kompiuterių gali būti įkraunami per penkias minutes.

Kembridžo universiteto mokslininkai teigia, kad jų technologijos padės ne tik pagerinti esamą baterijos veikimo laiką, bet ir paspartins naujos kartos baterijų kūrimą, o tai yra viena didžiausių technologinių kliūčių, įveikiamų be laisvo fosilijų naudojimo. Rezultatai pateikiami žurnale Gamta:

Nors ličio jonų baterijos turi neginčijamų pranašumų, tokių kaip santykinai didelis energijos tankis, ilgas tarnavimo laikas, palyginti su kitomis baterijomis, jos taip pat gali perkaisti ar net sprogti, o gamyba yra palyginti brangi. Be to, jų energijos tankis nė iš tolo neprilygsta benzinui. Iki šiol jie negalėjo naudoti dviejų pagrindinių švarių technologijų, kad galėtų plačiai naudoti elektromobilių tinklo saugyklas.

„Geresnė baterija yra ta, kurioje galima sukaupti daug daugiau energijos, arba kuri gali įkrauti daug greičiau. Idealiu atveju abu “, – sako bendraautorius daktaras Christophas Schnedermanas iš Kavendišo laboratorijos Kembridže. – Tačiau norėdami iš naujų medžiagų pagaminti geresnes baterijas, patobulinti jau panaudotas baterijas, turime suprasti, kas vyksta jų viduje “.

Norėdami patobulinti ličio jonų baterijas, jas greičiau įkrauti, mokslininkai turi realiu laiku atsigręžti atgal, kad suprastų procesus, vykstančius medžiagose, veikiančiose realiomis sąlygomis. Šiuo metu tam reikalinga sudėtinga sinchrotronų rentgeno ar elektroninių mikroskopų įranga, kuri užima daug laiko ir yra brangi.

„Norint iš tikrųjų mokytis akumuliatoriaus viduje, mikroskopas turi atlikti du dalykus vienu metu. Per kelias valandas jis turėtų stebėti, kaip baterijos įkraunamos ir išsikrauna, tačiau tuo pačiu metu jos turėtų labai greitai absorbuotis. „Baterijos viduje vykstantys procesai“, – sakė Alice Merivezer, pirmą kartą dirbanti Kavendišo laboratorijoje Kembridže.

Kembridžo komanda sukūrė optinio mikroskopo metodiką, vadinamą interferometriniu sklaidos mikroskopu, kad būtų galima stebėti šiuos procesus operacijos metu. Taikydami šią techniką, jie galėjo stebėti atskiras ličio kobalto oksido krūvio ir iškrovos daleles (dažnai vadinamus LCO) matuodami išsklaidytą šviesą.

Jie galėjo pamatyti, kaip LCO išgyvena išmetimo ciklo etapų seriją. LCO dalelių viduje fazės ribos juda և kinta, kai ličio jonai patenka ir išeina. Tyrėjai nustatė, kad judančios sienos mechanizmas skiriasi priklausomai nuo to, ar akumuliatorius kraunamas, ar išsikrauna.

„Mes nustatėme, kad ličio jonų akumuliatorių greičio apribojimai yra skirtingi, priklausomai nuo to, ar jie įkrauti, ar išsikrovę“, – sakė tyrimui vadovavęs dr. Akshay Rao iš Kavendisho laboratorijos. „Krūvio greitis priklauso nuo to, kaip greitai ličio jonai gali praeiti per veikliosios medžiagos daleles. Išmetimo greitis priklauso nuo to, kaip greitai jonai nusėda į kraštus. – Jei sugebėsime valdyti šiuos du mechanizmus, tai leis ličio jonų baterijoms įkrauti daug greičiau.

„Atsižvelgiant į tai, kad ličio jonų baterijos buvo naudojamos dešimtmečius, jūs manote, kad mes žinojome viską, ką apie jas reikėjo žinoti, tačiau taip nėra“, – sakė Schneidermanas. „Ši technika leidžia mums pamatyti, kaip greitai ji gali pereiti iškrovimo ciklą. Mes iš tikrųjų laukiame naujos kartos baterijų tyrimo metodų. Tai, ką sužinojome apie LCO, galime panaudoti kurdami naujas medžiagas “.

„Technologijos yra gana įprastas kietųjų medžiagų joninės dinamikos stebėjimo būdas, todėl ją galite naudoti beveik bet kokio tipo baterijose“, – sakė profesorė Claire Gray iš Kembridžo Yusufo Hamido chemijos katedros.

Didelis metodikos pralaidumas leidžia imti daug elektrodo dalelių, judančių į priekį, leidžiančius toliau tirti, kas vyksta sugedus akumuliatoriui, kaip to išvengti.

„Ši laboratorija pagrįsta technologija siūlo didžiulį technologinio greičio pokytį, kad galėtume neatsilikti nuo sparčiai besikeičiančio vidinio akumuliatoriaus darbo“, – sakė Schneidermanas. „Tai, kad iš tikrųjų galime matyti, kaip šios etapinės ribos keičiasi realiu laiku, buvo tikrai nuostabi. Ši technika gali būti galvosūkis kuriant naujos kartos baterijas “.

Nuoroda. „Su dalelių jonų akumuliatoriuose jonų dinamikos operandu“ autorius Alice Mer. Merivezeris, Christophas Schnedermanas, Quentinas Jacquesas, Clare P. Pilka շ Akshay Rao, 2021 m Birželio 23 d. Gamta:,
DOI: 10.1038 / s41586-021-03584-2:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nuodingos kempinės apsaugo nuodingus paukščius ir varles nuo savo toksinų

Auksinė nuodų varlė, Phyllobates terribilis. Kreditas: Chris Wellner, Smithsonian nacionalinis zoologijos sodas Kalifornijos universiteto, San Francisko (UCSF), Stanfordo universiteto ir Kalifornijos mokslų akademijos (CAS)...

Didelė pažanga švarios energijos kuro elementų reakcijų srityje

Žinant geležies atomų tankį ir vietos dinamiką, pasiekiamas efektyvumo lygis kuro elementų oksidacijos reakcijoje, kuri niekada nebuvo realizuota. Kreditas: Teksaso universitetas Austine /...

Astronomai atranda mažytę uolėtą planetą – tik pusę Veneros masės

Šis grafinis simbolis rodo L 98-59b, vieną iš L 98-59 35 šviesmečių sistemos planetų. Sistemoje yra keturios patvirtintos uolienų planetos, kurios gali atsirasti...

Du antihipertenziniai vaistai apsaugo nuo tos pačios širdies ligos, bet skirtingo šalutinio poveikio

Analizuojant beveik 3 milijonus pacientų, vartojusių pirmuosius kraujospūdį mažinančius vaistus, angiotenzino receptorių blokatoriai (ARB) buvo tokie pat geri kaip ir angiotenziną konvertuojančių fermentų (AKF)...

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

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius...

Newsletter

Subscribe to stay updated.