Stalo pusbrolis gali padaryti įkraunamas baterijas greitesnes ir saugesnes

Sugedę akmens druskos akumuliatoriaus anodai

Neutronų sklaida buvo naudojama tiriant netaisyklingą akmens druską, kuri gali būti naudojama kuriant saugesnius, greitesnius akumuliatorių įkrovimo anodus. Paskola: ORNL / ill il Hemman

Vienas iš didžiausių veiksnių, darančių įtaką vartotojų transporto priemonių (EB) vartotojų sutikimui, yra tai, kiek laiko reikia įkrauti automobilį, kuris paprastai maitinamas ličio jonų baterijomis. Visiškai įkrauti automobilio maitinimo šaltinį gali užtrukti kelias valandas arba per naktį, priklausomai nuo įkrovimo būdo ir akumuliatoriuje likusios įkrovos. Tai verčia vairuotojus arba apriboti atstumą iki namų įkroviklių, arba laukti viešųjų įkrovimo stočių ilgesnėse kelionėse.

Kodėl tiek ilgai užtrunka visiškai įkrauti akumuliatorių net ir įrenginiuose, kuriuose naudojami mažesni įrenginiai, pvz., Mobilieji telefonai ir nešiojamieji kompiuteriai? Pagrindinė priežastis yra ta, kad prietaisai ir jų įkrovikliai yra suprojektuoti taip, kad įkraunamos ličio jonų baterijos būtų įkraunamos tik lėčiau, kontroliuojamu greičiu. Tai yra saugos funkcija, padedanti išvengti gaisrų, net sprogimų, atsiradusių dėl kietmedžio tipo struktūrų, vadinamų dendritais, kurie greito įkrovimo metu gali greitai augti ličio akumuliatoriaus viduje ir sukelti trumpąjį jungimą akumuliatoriaus viduje.

San Diego universiteto (ORDL) mokslininkai dirbo su Oak Ridge nacionalinės laboratorijos (ORNL) mokslininkais, norėdami išbandyti neutronų sklaidos medžiagą, kuri galėtų būti naudojama saugesnėms, greičiau įkraunamoms baterijoms gaminti. Mokslininkai sukūrė ličio vanadžio oksido (Li3V2O5), „kaliojo akmens druskos“ pavyzdžius, kurie yra panašūs į valgomąją druską, tačiau turi tam tikrą atsitiktinį jos atomų išdėstymą. Mėginiai buvo dedami į stiprų neutronų pluoštą, kuris leido stebėti jonų aktyvumą medžiagos viduje po įtampos.

Tyrimo rezultatai buvo paskelbti žurnale Gamta: Straipsnis „Nereguliarus akmens druskos anodas greitai įkraunamoms ličio jonų baterijoms“.

“Dvi dažniausiai pasitaikančios medžiagos, naudojamos ličio jonų akumuliatorių anodams gaminti, yra grafitas, kuris gali suteikti didelį energijos tankį, tačiau kai kuriose situacijose gali sukelti gaisrą. Ličio titanatas, kuris gali greitai įkrauti. Tai daug rečiau sukelia gaisrus.” turi galimybę kaupti mažesnę energiją “, – sakė San Diego universiteto„ Ping Luo “laboratorijos profesorius Haodongas Lu. „Mūsų sukurta mišri druskos medžiaga sujungia norimas abiejų savybes. Jis yra saugesnis, greičiau įkraunamas ir turi didesnį energijos tankį.

Medžiaga parodė pageidautinas savybes daugeliui akumuliatorių, pvz., Maitinimo šaltinių, elektrinių įrankių, įskaitant tai, kaip greitai galima sukaupti energiją.

Eksperimento metu uolienų anodo medžiaga per 20 sekundžių sugebėjo pasiekti daugiau nei 40% savo energijos. Greitas įkrovimas seems Atrodo, kad iškrovimas yra įmanomas, nes akmens druskos medžiaga gali išsklaidyti du ličio jonus iš laisvų kristalinės struktūros vietų.

„Neutronų difrakcijos metodų naudojimas ORNL leido mums suprasti, kaip jonai elgiasi, kai medžiagoms taikome įtampą“, – sakė Liu. „Neutronai gali lengvai atsekti ličio jonus ir deguonies atomus akmens druskos anode, naudodamiesi VULCAN instrumentu ORNL Spallation Neutron Source (SNS), kad gautume reikiamą neutronų srauto tirpalą.

VULCAN skirtas neutronų deformacijos, fazių pokyčių, liekamojo įtempio, audinių inžinerinių medžiagų mikrostruktūrų tyrimams. Įdiegtiems eksperimentams (kai medžiaga tiriama tokiu būdu) և pastovios būsenos (nuolatinė) arba laiko skiriamoji geba („momentinių kadrų“ serija) yra integruoti apkrovos rėmai, šildytuvai, baterijos և kita pagalbinė įranga. įrankis.

„VULCAN yra geriausias pasaulyje neutronų sklaidos įrankis, skirtas medžiagoms tirti“, – sako Ke An, ORNL sklaidos mokslininkas. „Atvira konstrukcija leidžia išbandyti didelius pavyzdžius, netgi veikiančius mechaninius įtaisus, tokius kaip degimo varikliai, stebėti jų vidines savybes. Priemonė suteikė kritinės mokslinės informacijos apie energijos kaupimosi baterijų medžiagų sintezės metu tyrimą ir jų elgesį baterijose.

Mokslininkai įrodė, kad akmens druskos anodas gali suktis daugiau nei 10 000 kartų, kai nutrūksta galia. Toks patvarumas būtų naudingas vartotojams.

„Šis tyrimas yra mūsų tyrimų grupės ORNL ilgalaikės partnerystės dalis, dėl kurios daugiau nei 20 žurnalų buvo paskelbti recenzuojami straipsniai“,-sakė Liu. “ORNL Neutronų mokslo direktorato darbuotojai glaudžiai bendradarbiavo su mano kolegomis, kad padėtų mums sužinoti apie neutronų galimybes. Jie išmokė mus naudoti įrankius eksperimentams ir duomenų interpretavimui.”

Mokslininkai taip pat atliko aukštos kokybės mikroskopinius tyrimus, kad nustatytų struktūrinius pokyčius DOE Brookhaveno nacionalinėje laboratorijoje Kalifornijos universitete, Irvine.

Kai šie N ORNL eksperimentai buvo baigti, Argonne nacionalinės laboratorijos mokslininkai, taip pat Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos DOE mokslininkai atliko rentgeno spindulių difrakcijos (rentgeno absorbcijos) tyrimus, kad nustatytų kristalų pakeitimo mechanizmą. medžiaga įkrovimo metu: iškrovimas.

Kaip ir dauguma vartotojų, „UC San Diego“ pasiliko visas teises į duomenis – bet kokią intelektinę nuosavybę, sukurtą eksperimento metu. Siekdamas komercializuoti savo atradimą, vėliau universitetas su savo tyrėjais sukūrė bendrovę „Tyfast“, kurios tikslas pirmiausia yra nukreipti į elektrinių autobusų ir elektrinių įrankių rinkas.

Nuoroda. Haodong Liu, Zhuoying Zhu, Qizhang Yan, Sicen Yu, Xin He, Yan Chen, Rui Zhang, Lu Ma, Tongchao Liu, Matthew Li, Ruoqian Lin, Yiming Chen, Yejin Li, Xin Xin, Yunjung Choi, Lucy Gao, Helen Sung -Yoon Cho, Ke An, Fun Fen, Robert Kostetsky, Khalil Amine, Tianpin Wu, Lu Un Lu, Huolin L. Lew, 2020 m. Rugsėjo 2 d Gamta:,
DOI: 10.1038 / s41586-020-2637-6:

Neutronų sklaidos tyrimą palaikė DOE biuro mokslas.

SNS yra įrenginys, kuriame naudojamas „DOE Science of Office“. ORNL valdo „UT-Battelle LLC“, skirta DOE mokslo biurui, kuris yra vienintelis didžiausias pagrindinių fizinių mokslų tyrimų šalininkas JAV. DOE mokslo biuras 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.