Studie findet Schlüssel zur Verbesserung der Batterielebensdauer: Wechselwirkungen zwischen Partikeln

Ausländischen Medienberichten zufolge fanden Feng Lin, außerordentlicher Professor am Department of Chemistry des Virginia Tech College of Science, und sein Forschungsteam heraus, dass der frühe Batterieverfall offenbar durch die Eigenschaften einzelner Elektrodenpartikel bedingt ist, jedoch erst nach Dutzenden von Ladungen Nach der Schleife ist es wichtiger, wie diese Partikel zusammenpassen.

„Diese Studie enthüllt die Geheimnisse des Designs und der Herstellung von Batterieelektroden für eine lange Lebensdauer der Batterie“, sagte Lin. Derzeit arbeitet Lins Labor an der Neugestaltung von Batterieelektroden, um schnell aufladbare, kostengünstigere, langlebigere und umweltfreundliche Elektrodenarchitekturen zu schaffen.

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Studie findet Schlüssel zur Verbesserung der Batterielebensdauer: Wechselwirkungen zwischen Partikeln
GasgooLiu Liting5小时前
Ausländischen Medienberichten zufolge fanden Feng Lin, außerordentlicher Professor am Department of Chemistry des Virginia Tech College of Science, und sein Forschungsteam heraus, dass der frühe Batterieverfall offenbar durch die Eigenschaften einzelner Elektrodenpartikel bedingt ist, jedoch erst nach Dutzenden von Ladungen Nach der Schleife ist es wichtiger, wie diese Partikel zusammenpassen.

„Diese Studie enthüllt die Geheimnisse des Designs und der Herstellung von Batterieelektroden für eine lange Lebensdauer der Batterie“, sagte Lin. Derzeit arbeitet Lins Labor an der Neugestaltung von Batterieelektroden, um schnell aufladbare, kostengünstigere, langlebigere und umweltfreundliche Elektrodenarchitekturen zu schaffen.

Bildquelle: Feng Lin

„Wenn die Elektrodenarchitektur es jedem einzelnen Partikel ermöglicht, schnell auf elektrische Signale zu reagieren, verfügen wir über ein großartiges Werkzeug, um Batterien schnell aufzuladen“, sagte Lin. „Wir freuen uns, unser Verständnis der nächsten Generation kostengünstiger Schnellladebatterien zu ermöglichen. ”

Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit dem SLAC National Accelerator Laboratory des US-Energieministeriums, der Purdue University und der European Synchrotron Radiation Facility durchgeführt. Zhengrui

„Die Grundbausteine ​​sind diese Partikel, aus denen Batterieelektroden bestehen, aber wenn man sie vergrößert, interagieren diese Partikel miteinander“, sagte SLAC-Wissenschaftler Yijin Liu, Fellow an der Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL). „Wenn Sie bessere Batterien herstellen wollen, müssen Sie wissen, wie man Partikel zusammenfügt.“

Im Rahmen der Studie untersuchten Lin, Liu und andere Kollegen mithilfe von Computer-Vision-Techniken, wie die einzelnen Partikel, aus denen die Elektroden von wiederaufladbaren Batterien bestehen, im Laufe der Zeit zerfallen. Das Ziel dieses Mal besteht darin, nicht nur einzelne Partikel zu untersuchen, sondern auch die Art und Weise, wie sie zusammenarbeiten, um die Batterielebensdauer zu verlängern oder zu verkürzen. Das ultimative Ziel besteht darin, neue Wege zu finden, um die Lebensdauer von Batteriedesigns zu verlängern.

Im Rahmen der Studie untersuchte das Team die Batteriekathode mit Röntgenstrahlen. Mithilfe der Röntgentomographie rekonstruierten sie ein 3D-Bild der Kathode der Batterie nach verschiedenen Ladezyklen. Anschließend schnitten sie diese 3D-Bilder in eine Reihe von 2D-Scheiben und verwendeten Computer-Vision-Methoden, um die Partikel zu identifizieren. An der Studie nahmen neben Lin und Liu auch der SSRL-Postdoktorand Jizhou Li, der Maschinenbauprofessor der Purdue University, Keije Zhao, und der Doktorand der Purdue University, Nikhil Sharma, teil.

Letztendlich identifizierten die Forscher mehr als 2.000 einzelne Partikel und berechneten dabei nicht nur einzelne Partikeleigenschaften wie Größe, Form und Oberflächenrauheit, sondern auch Merkmale wie wie oft die Partikel in direktem Kontakt miteinander standen und wie stark die Partikel ihre Form veränderten.

Als nächstes untersuchten sie, wie jede Eigenschaft dazu führte, dass die Partikel zerfielen, und stellten fest, dass nach zehn Ladezyklen die Eigenschaften der einzelnen Partikel die größten Faktoren waren, darunter die Kugelform der Partikel und das Verhältnis von Partikelvolumen zu Oberfläche. Nach 50 Zyklen trieben jedoch Paarungs- und Gruppeneigenschaften die Partikelzerlegung voran – etwa wie weit die beiden Partikel voneinander entfernt waren, wie stark sich ihre Form veränderte und ob die länglicheren fußballförmigen Partikel ähnliche Orientierungen hatten.

„Der Grund liegt nicht mehr nur im Teilchen selbst, sondern in der Teilchen-Teilchen-Wechselwirkung“, sagte Liu. Diese Erkenntnis ist wichtig, da sie bedeutet, dass Hersteller Techniken zur Kontrolle dieser Eigenschaften entwickeln können. Sie könnten beispielsweise in der Lage sein, magnetische oder elektrische Felder zu nutzen, um die länglichen Partikel zueinander auszurichten. Neueste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass dies die Batterielebensdauer verlängern wird.“

Lin fügte hinzu: „Wir haben intensiv daran geforscht, wie wir die Batterien von Elektrofahrzeugen unter Schnelllade- und Niedrigtemperaturbedingungen effizient betreiben können. Neben der Entwicklung neuer Materialien, die die Batteriekosten durch die Verwendung billigerer und häufiger vorkommender Rohstoffe senken können, hat unser Labor auch fortlaufende Anstrengungen unternommen, um das Batterieverhalten abseits des Gleichgewichts zu verstehen. Wir haben begonnen, Batteriematerialien und ihre Reaktion auf raue Umgebungen zu untersuchen.“