Undersøgelse finder nøglen til at forbedre batterilevetiden: Interaktioner mellem partikler

Ifølge rapporter i udenlandske medier fandt Feng Lin, en lektor ved Institut for Kemi ved Virginia Tech College of Science, og hans forskerhold ud af, at tidligt batterinedbrydning ser ud til at være drevet af egenskaberne af individuelle elektrodepartikler, men efter snesevis af ladninger Efter looping er det vigtigere, hvordan disse partikler passer sammen.

"Denne undersøgelse afslører hemmelighederne bag, hvordan man designer og fremstiller batterielektroder til lang batterilevetid," sagde Lin. I øjeblikket arbejder Lins laboratorium på at redesigne batterielektroder for at skabe hurtigopladning, billigere, længere levetid og miljøvenlig elektrodearkitektur.

0
Kommentar
samle
ligesom
teknologi
Undersøgelse finder nøglen til at forbedre batterilevetiden: Interaktioner mellem partikler
GasgooLiu Liting5小时前
Ifølge rapporter i udenlandske medier fandt Feng Lin, en lektor ved Institut for Kemi ved Virginia Tech College of Science, og hans forskerhold ud af, at tidligt batterinedbrydning ser ud til at være drevet af egenskaberne af individuelle elektrodepartikler, men efter snesevis af ladninger Efter looping er det vigtigere, hvordan disse partikler passer sammen.

"Denne undersøgelse afslører hemmelighederne bag, hvordan man designer og fremstiller batterielektroder til lang batterilevetid," sagde Lin. I øjeblikket arbejder Lins laboratorium på at redesigne batterielektroder for at skabe hurtigopladning, billigere, længere levetid og miljøvenlig elektrodearkitektur.

Billedkilde: Feng Lin

"Når elektrodearkitekturen tillader hver enkelt partikel at reagere hurtigt på elektriske signaler, vil vi have en fantastisk værktøjskasse til hurtigt at oplade batterier," sagde Lin. "Vi er glade for at muliggøre vores forståelse af den næste generation af billige hurtigopladningsbatterier. ”

Forskningen blev udført i samarbejde med det amerikanske energiministeriums SLAC National Accelerator Laboratory, Purdue University og European Synchrotron Radiation Facility. Zhengrui Xu og Dong Ho, postdoc-stipendiater i Lins laboratorium, er også medforfattere på papiret, der fører elektrodefabrikation, batterifabrikation og batteriydelsesmålinger og hjælper med røntgeneksperimenter og dataanalyse.

"De grundlæggende byggesten er disse partikler, der udgør batterielektroder, men når de skaleres op, interagerer disse partikler med hinanden," sagde SLAC-forsker Yijin Liu, en stipendiat ved Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL). "Hvis du vil lave bedre batterier, skal du vide, hvordan du sætter partikler sammen."

Som en del af undersøgelsen brugte Lin, Liu og andre kolleger computervisionsteknikker til at studere, hvordan de individuelle partikler, der udgør elektroderne på genopladelige batterier, nedbrydes over tid. Målet denne gang er at studere ikke kun individuelle partikler, men også de måder, hvorpå de arbejder sammen for at forlænge eller reducere batteriets levetid. Det ultimative mål er at lære nye måder at forlænge batteridesignets levetid.

Som en del af undersøgelsen studerede holdet batterikatoden med røntgenstråler. De brugte røntgentomografi til at rekonstruere et 3D-billede af batteriets katode efter forskellige opladningscyklusser. De skar derefter disse 3D-billeder i en række 2D-skiver og brugte computervisionsmetoder til at identificere partiklerne. Ud over Lin og Liu inkluderede undersøgelsen SSRL-postdoc-forsker Jizhou Li, Purdue University maskiningeniørprofessor Keije Zhao og Purdue University kandidatstuderende Nikhil Sharma.

Forskerne identificerede i sidste ende mere end 2.000 individuelle partikler og beregnede ikke kun individuelle partikelkarakteristika som størrelse, form og overfladeruhed, men også funktioner som hvor ofte partiklerne var i direkte kontakt med hinanden, og hvor meget partiklerne ændrede form.

Dernæst så de på, hvordan hver egenskab fik partiklerne til at bryde ned, og fandt ud af, at efter 10 opladningscyklusser var de største faktorer de enkelte partiklers egenskaber, herunder hvor sfæriske partiklerne var og forholdet mellem partikelvolumen og overfladearealet. Efter 50 cyklusser drev parring og gruppeegenskaber imidlertid partikelnedbrydningen - såsom hvor langt fra hinanden de to partikler var, hvor meget formen ændrede sig, og om de mere aflange fodboldformede partikler havde lignende orienteringer.

"Årsagen er ikke længere kun selve partiklen, men partikel-partikel-interaktionen," sagde Liu. Denne konstatering er vigtig, fordi den betyder, at producenter kan udvikle teknikker til at kontrollere disse egenskaber. For eksempel kan de muligvis bruge magnetiske eller elektriske felter. Ved at justere de langstrakte partikler med hinanden, tyder de seneste resultater på, at dette vil forlænge batteriets levetid."

Lin tilføjede: "Vi har intensivt undersøgt, hvordan man får EV-batterier til at fungere effektivt under hurtig opladning og lave temperaturforhold. Udover at designe nye materialer, der kan reducere batteriomkostningerne ved at bruge billigere og mere rigelige råmaterialer, har vores laboratorium også været en løbende indsats for at forstå batteriadfærd væk fra ligevægt. Vi er begyndt at studere batterimaterialer og deres reaktion på barske miljøer."