Silicio anodo nanostruktūra sukuria naują ličio jonų baterijų potencialą

Autorius:

Iš tantalo pagamintos nanodalelės auginamos vienoje kameroje. Šioje kameroje atskiri tantalo atomai susikaupia panašiai kaip lietaus lašų susidarymas. Antroje kameroje nanodalelės yra masiškai filtruojamos, pašalinant per dideles ar per mažas. Nanodalelių sluoksnis nusėda 3 kamerose. Tada šis sluoksnis „purškiamas“ izoliuotais silicio atomais, kad susidarytų silicio sluoksnis. Tada šį procesą galima pakartoti, kad būtų sukurta daugiasluoksnė struktūra. Paskola Schemą sukūrė Pavelas Puchenkovas, OIST mokslinio skaičiavimo և duomenų analizės skyrius

Mokslininkai atranda naują nanostruktūrą, kuri galėtų iš esmės pakeisti baterijų ir kitų technologijų technologijas.

  • Nauji tyrimai randa nanostruktūrą, kuri pagerina ličio jonų baterijų anitą
  • Užuot naudoję grafitą anodui, mokslininkai kreipėsi į silicį. Medžiaga, kuri turi daugiau krūvio, bet yra labiau linkusi lūžti.
  • Komanda pagamino silicio anodą, uždėdama silicio atomus ant metalinių nanodalelių.
  • Gauta nanostruktūra sukūrė arkas, padidindama anodo stiprumą ir konstrukcijos vientisumą
  • Elektrocheminiai bandymai parodė, kad ličio jonų baterijos su patobulintais silicio anodais turi didesnę įkrovos galią – ilgesnis tarnavimo laikas

Naujas Okinavos mokslo ir technologijos instituto (OIST) absolvento tyrimas parodė, kad yra speciali statybinė medžiaga, kuri pagerina ličio jonų baterijų anitą. Atskleidžiamos unikalios struktūros, sukonstruotos naudojant nanodalelių technologiją, savybės և paaiškinta šiandien (2021 m. Vasario 5 d.) Kontaktinės medžiagos:,

Galingi, nešiojami įkraunami ličio jonų akumuliatoriai yra galingas pažangiausių technologijų komponentas, randamas išmaniuosiuose telefonuose, nešiojamuose kompiuteriuose ir elektromobiliuose. 2019 m. Buvo aiškiai pripažinta jų revoliucijos galimybė kaupti, vartoti ir vartoti ateityje, kai atsisakome iškastinio kuro.

Grafitas tradiciškai naudojamas ličio jonų baterijos anodui, tačiau ši anglies medžiaga turi daug apribojimų.

„Kai baterija kraunasi, ličio jonai turi judėti iš vienos baterijos pusės, iš katodo, per elektrolito tirpalą į kitą akumuliatoriaus pusę – anodą. “Tuomet, kai naudojama baterija, ličio jonai vėl perduodami į katodą; iš akumuliatoriaus sklinda elektros srovė”, – teigė tyrimo vadovė dr. Marta Harro. “Tačiau norint laikyti vieną ličio joną grafito anoduose, jums reikia šešių anglies atomų, taigi tų baterijų energijos tankis yra mažas.”

Mokslas ir pramonė, kurie šiuo metu tiria ličio jonų akumuliatorių naudojimą elektrinėms transporto priemonėms, erdvėlaiviams ir energijos tankio patobulinimams. Tyrėjai dabar ieško naujų medžiagų, kurios galėtų padidinti anode kaupiamų ličio jonų kiekį.

Vienas perspektyviausių kandidatų yra silicis, kuris gali prijungti keturis ličio jonus prie kiekvieno silicio. atomas,

Silicio membranos augimas և mechaninio stiprumo fazės

Pirmajame etape silikono membrana egzistuoja kaip standi, bet svyruojanti koloninė struktūra. Antrame etape kolonos liečia viršų, formuodamos skliautuotą struktūrą, kuri yra stipri dėl arkos veikimo. Trečiame etape vėlesnis silicio atomų nusėdimas sukuria purią struktūrą. Brūkšninės linijos rodo, kaip silicis deformuojasi, kai veikia jėga. Paskola Schemą sukūrė dr. Panagiotis Gramatikopoulos, OIST nanodalelės: Projektavimo padalinys ir dalelių technologijos laboratorija, ETH üurich

„Silicio anodai tam tikrame tūryje gali išlaikyti dešimt kartų didesnį krūvį nei grafito anodai. Energijos tankio atžvilgiu visa dydžio tvarka “, – sakė daktaras Haro. “Problema ta, kad kai ličio jonai yra transportuojami į anodą, tūrio pokytis yra didžiulis ir siekia apie 400%, o tai lemia elektrodo sugedimą.”

Didelis tūrio pokytis taip pat užkerta kelią stabiliam apsauginio sluoksnio susidarymui tarp elektrolito „anodo“. Kiekvieną kartą įkraunant akumuliatorių, tas sluoksnis turi būti nuolat taisomas, naudojant ribotą ličio jonų kiekį, siekiant sumažinti baterijos veikimo laiką ir įkrauti.

„Mūsų tikslas buvo pabandyti sukurti stipresnį anodą, kuris galėtų atlaikyti tuos įtempius, kurie galėtų absorbuoti kuo daugiau ličio, ir suteikti kuo daugiau įkrovimo ciklų, kol jis blogėja“, – sakė vyresnysis straipsnio autorius dr. Gramatikopoulos. “Ir mūsų požiūris buvo sukurti struktūrą su nanodalelėmis”.

Ankstesniame straipsnyje, paskelbtame 2017 m Pažangus mokslas, jau ištirpusios OIST nanodalelės Projektavimo skyrius sukūrė į tortą panašią sluoksniuotą struktūrą, kur kiekvienas silicio sluoksnis buvo dedamas tarp tantalo nanodalelių. Tai pagerino silicio anodo konstrukcinį vientisumą, užkertant kelią pernelyg dideliam patinimui.

Eksperimentuodami su skirtingo storio silikono sluoksniu, norėdami sužinoti, kaip tai veikia medžiagos elastines savybes, mokslininkai pastebėjo kažką keisto.

„Tam tikrame silicio sluoksnio storyje buvo taškas, kuriame konstrukcijos tempimo savybės visiškai pasikeitė“, – sakė Theo Bulumis, dabartinis OIST magistrantas, atlikęs eksperimentą. “Medžiaga palaipsniui sukietėjo, bet vėliau greitai padidėjo kietumas, kai silicio sluoksnio storis dar labiau padidėjo. “Mes turėjome keletą idėjų, tačiau tuo metu nežinojome pagrindinės priežasties, kodėl įvyko šis pokytis”.

Dabar šis naujas darbas galiausiai paaiškina galimą standumo padidėjimą iki galimo storio.

Naudodami kompiuterinį mikroskopo modeliavimą atominiame lygyje, mokslininkai parodė, kad silicio atomai nesudaro vienodo sluoksnio ant nanodalelių sluoksnio. Vietoj to, jie sudaro apverstos kūgio formos kolonas, kurios auga vis daugiau, kai nusėda daugiau silicio atomų. Galų gale atskiros silicio kolonos liečiasi viena su kita, kad būtų suformuota skliautuota struktūra.

„Arkos struktūra yra tvirta, kaip ir arka statybų pramonėje“, – sakė dr. Gramatikopoulos. – Ta pati mintis taikoma ir nanometrinėms skalėms.

Gali būti, kad padidėjęs konstrukcijos stiprumas sutapo su padidėjusiu akumuliatoriaus veikimu. Kai mokslininkai atliko elektrocheminius eksperimentus, jie nustatė, kad ličio jonų baterija buvo įkraunama. Apsauginis sluoksnis taip pat buvo stabilesnis, o tai reiškia, kad akumuliatorius atlaiko daugiau įkrovimo ciklų.

Šie patobulinimai pastebimi tik palietus stulpelius. Iki šio momento atskiros kolonos svyruoja columns negali užtikrinti anodo struktūrinio vientisumo. Ir jei silicis nusėda palietęs kolonas, jis suformuoja porėtą plėvelę su daugybe tuštumų, todėl elgiasi silpnai, panašiai į kempinę.

Atrandama ne tik paslėpta konstrukcija, jos unikalios savybės, ne tik galimas žingsnis link silicio anodų komercijos ličio jonų baterijose, bet ir daugybė kitų galimų pritaikymų medžiagų moksluose.

„Arkinė konstrukcija gali būti naudojama, kai reikalingos medžiagos, kurios yra tvirtos ir atlaiko įvairius įtempimus, pavyzdžiui, bioplantai ar vandenilio kaupimas“, – sakė dr. „Tikslios medžiagos rūšis, kurios jums reikia – tvirtesnė ar minkštesnė, lankstesnė ar mažiau lanksti – gali būti pagaminta tiksliai pakeičiant sluoksnio storį. Tai yra nanostruktūrų grožis “.

Nuoroda. 2021 m. Vasario 5 d Kontaktinės medžiagos:,
DOI: 10.1038 / s43246-021-00119-0:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naujos biologiškai įkvėptų, šviesą sugeriančių nanomedžiagų klasės sintezė

POSS-peptoido molekulės savaime susirenka į romboidinius nanokristalus. Paskola Stephanie King iliustracija Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinė laboratorija Gamtos įkvėpti Ramiojo vandenyno šiaurės...

Naujos priemonės, reikalingos augalų ligų prevencijai

Žiūrėkite užkrėstą kraują, kuris gali padėti apsaugoti maistą. Medžių ligos nesibaigia prie tautos sienų, o mylios vandenynų taip pat nesustabdo jų plitimo. Štai kodėl,...

Omega-3 derinimas su liaudies papildais gali pakenkti širdžiai

Gydytojai dažnai rekomenduoja omega-3, kurie padeda pacientams sumažinti cholesterolio kiekį ir pagerinti širdies sveikatą. Šie omega-3 gali būti iš riebių žuvų, tokių kaip...

Paviršių poveikis ploniems atominiams puslaidininkiams

Naudodami ultravioletinius spindulius, tyrėjai ištyrė 2-D puslaidininkių (violetinių) elektronines charakteristikas, nes duomenų žemėlapyje padidėja substrato sluoksnių (žalių) skaičius. Raudonas apskritimas žymi elektronines savybes, kurios...

Norėdami pagreitinti atradimą, didelio matmens infraraudonųjų spindulių mikroskopija išeina iš tinklelio

Plytelių rašto, naudojamo skenuoti C. elegans apvalųjį kirminą, pavyzdys. Netinklinis modelis suteikia atrankos algoritmui didesnį lankstumą greitai panaudojant dominančias sritis. Autoriai: Elizabeth...

Newsletter

Subscribe to stay updated.