Tyrėjai nagrinėja kietojo kūno akumuliatorių įkrovimą ir rentgeno spindulių iškrovimą

Kietojo kūno akumuliatoriai yra įkraunami ir iškraunami atskiros įrangos, skirtos pasvirimui, aparatūros skyriuje. Mažesnė, modifikuota langelio versija, parodyta čia, buvo naudojama šioms medžiagoms vaizduoti važiuojant dviračiu. Autorius: Matthew McDowell, „Georgia Tech“

Naudodama rentgeno tomografiją, komanda ištyrė vidinių medžiagų, esančių kietojo kūno ličio baterijose, evoliuciją, kai jos buvo įkraunamos ir iškraunamos. Išsami trimatė tyrimo informacija gali padėti pagerinti baterijų, kurios naudoja kietąsias medžiagas, kad pakeistų degius skystus elektrolitus esamose ličio jonų baterijose, patikimumą ir veikimą.

Operandos sinchrotronų rentgeno kompiuterinės tomografijos mikroskopija parodo, kaip dinaminiai elektrodo medžiagų pokyčiai ličio / kietojo elektrolito sąsajose lemia kietų baterijų elgseną. Mokslininkai nustatė, kad baterijos veikimo laikas sukuria sąsajos spragas, todėl prarandamas kontaktas, kuris yra pagrindinė ląstelių gedimo priežastis.

„Šis darbas suteikia pagrindinę informaciją apie tai, kas vyksta akumuliatoriaus viduje, kad reikia informacijos, kad būtų galima nukreipti inžinerijos pastangas, kurios per ateinančius kelerius metus priartins šias baterijas prie komercinės srities“, – sakė Matthew Lodge’o asistentas Matthew McDowellas. W. Woodruffo mechanikos mokykla որ Medžiagų mokslas Engineering Inžinerijos mokykla, Virdžinijos valstijos technologijos universitetas. “Mes galėjome tiksliai suprasti, kaip susidaro spragos sąsajoje ir kaip tai susiję su akumuliatoriaus veikimu.”

Tyrimas, kurį remia Nacionalinis mokslo fondas, „Sloan Research Fellowship“, Oro pajėgų tyrimų biuras, bus paskelbtas šiandien (2021.01.28) žurnale. Gamtos medžiagos,

Ličio kietojo elektrolito sąsaja

Rentgeno tomografija rekonstruotas ličio / kietojo elektrolito sąsajos 3D vaizdas. Autorius: Matthew McDowell, „Georgia Tech“

Ličio jonų akumuliatoriai, dabar plačiai naudojami viskuo, pradedant mobilia elektronika ir baigiant elektrinėmis transporto priemonėmis, įkrovimo ir iškrovimo ciklų metu jonuose tarp akumuliatoriaus elektrodų pasikliauja skystu elektrolitu. Skystis tolygiai uždengia elektrodus, leidžiant jonams laisvai judėti.

Sparčiai tobulinant kietojo kūno baterijų technologiją, vietoje to naudojamas kietasis elektrolitas, kuris turėtų padėti padidinti energijos tankį ir pagerinti būsimų baterijų saugumą. Tačiau pašalinus ličio iš elektrodų sąsajose gali atsirasti spragų, dėl kurių gali kilti patikimumo problemų, kurios riboja baterijų veikimą.

„Norėdami tai neutralizuoti, galite įsivaizduoti, kaip per įvairius nuosėdinius procesus sukursite struktūrines sąsajas, kad bandytumėte palaikyti ryšį važiuodami dviračiu“, – sakė McDowellas. “Kruopštus šių sąsajų struktūrų valdymas ir inžinerija bus labai svarbūs būsimų kietojo kūno baterijų plėtrai. Tai, ko mes čia išmokome, gali padėti sukurti sąsają.”

„Georgia Tech“ tyrimų grupė, kuriai vadovavo pirmasis antrosios pakopos studijų autorius Jackas E. Lewisas, pastatė specialias maždaug dviejų milimetrų pločio eksperimentines ląsteles, skirtas studijoms „Advanced Photon Source“ – Argonne National Laboratory’s synchrotron įrenginyje JAV Energetikos departamento Mokslo biure. Čikaga. Keturi komandos nariai ištyrė baterijos struktūros pokyčius per penkias intensyvaus testavimo dienas.

“Šis įrankis fotografuoja vaizdus iš skirtingų krypčių. Jūs juos rekonstruojate naudodami kompiuterinius algoritmus, kad laikui bėgant pateiktų 3D baterijų vaizdus”, – sakė McDowellas. “Mes padarėme šią nuotrauką kraunant ar iškraunant baterijas, kad pamatytume, kaip viskas keičiasi baterijų viduje.”

Kadangi liitis yra toks lengvas, gali būti sunku jį apibūdinti rentgeno spinduliais, todėl reikia specialiai naudoti bandomąsias baterijas. Argone naudojama technologija yra panaši į tą, kuri naudojama medicininės kompiuterinės tomografijos (KT) nuskaitymui. „Užuot vaizdavę žmones, mes vaizdavome baterijas“, – sakė jis.

Dėl apribojimų eksperimento metu mokslininkams pavyko stebėti baterijų struktūrą tik per vieną ciklą. Būsimame darbe McDowellas norėtų pamatyti, kas vyksta papildomų ciklų metu, ar struktūra kažkaip prisitaiko prie tuštumų kūrimo և užpildymo. Tyrėjai mano, kad rezultatai greičiausiai bus pritaikyti kitoms elektrolitų formulėms, kad būtų galima naudoti apibūdinimo metodus, norint gauti informacijos apie kitus akumuliatoriaus procesus.

Apytiksliai 150 000 mylių elektromobilių akumuliatoriai turi atlaikyti mažiausiai tūkstantį ciklų. Nors kietojo kūno baterijos su ličio jonų metaliniais elektrodais gali pagaminti daugiau energijos tokio dydžio baterijoms, šis pranašumas nebus įveiktas naudojant dabartinę technologiją, kol jos negali užtikrinti panašaus tarnavimo laiko.

„Mes labai džiaugiamės kietojo kūno baterijų technologinėmis perspektyvomis“, – sakė McDowellas. “Šioje srityje yra didelis komercinis ir mokslinis susidomėjimas, o šio tyrimo informacija turėtų padėti išplėsti šią technologiją platesnei komercinei veiklai.”

Nuoroda. 2021 m. Sausio 28 d Gamtos medžiagos,
DOI: 10.1038 / s41563-020-00903-2:

Be jau paminėtų, bendraautoriai buvo Francisco Javier Quintero Cortes, Jürgenas Lewas, C. ir S. Myersas, aredas Tipensas, Drewas Prakashas, ​​Thomasas S. Marchez, Sang Yun Han, Changhi Lin, Pralav P. „Georgia Tech“; Ankitas Vermanas, Bairavas S. Vishnugop և Partu P. Mukherjee iš Purdue universiteto; Hyun-Wook Lin Ulsan iš Nacionalinio mokslo ir technologijos instituto; և Pavelas և chenko մասնագետ Francesco De Carlo Argonne nacionalinės laboratorijos specialistas.

Šį darbą iš dalies remia Nacionalinis mokslo fondas, suteikdamas DMR-1652471 apdovanojimą „Climia Sloan Research Fellowship“. NASA Kosmoso technologijų stipendija, 2016 m. „Colciencias-Fulbright“ stipendijų grupė, Prekybos, pramonės ministerija, Energetikos ir Korėjos energetikos technologijų vertinimo planavimo institutas (MOTIE / KETEP) (20194010000100), AFOSR oro pajėgų tyrimų biuras FA9550-17-1-0130, և „Scialog“ programa, kurią remia „Scientific Advancement Research Corporation“ և Alfredas P. Sloano fondo, kuriam priklauso Alfredas P. Purdue universiteto dotacija „Sloan“ fondui. Atliekant tyrimą buvo naudojamas Advanced Photon Source, JAV Energetikos departamento (DOE) mokslo biuras, kurį DOE mokslo biurui valdė Argonne nacionalinė laboratorija pagal sutarties numerį DE-AC02-06CH11357. Bet kokios šiame straipsnyje išreikštos nuomonės, nuomonės ar nuomonės yra autorių nuomonės ir nebūtinai atspindi remiančių agentūrų nuomonę.

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.