Η μελέτη βρίσκει το κλειδί για τη βελτίωση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας: Αλληλεπιδράσεις μεταξύ σωματιδίων

Σύμφωνα με δημοσιεύματα ξένων μέσων, ο Φενγκ Λιν, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Χημείας στο Τεχνολογικό Κολλέγιο Επιστήμης της Βιρτζίνια, και η ερευνητική του ομάδα διαπίστωσαν ότι η πρώιμη αποσύνθεση της μπαταρίας φαίνεται να οφείλεται στις ιδιότητες των μεμονωμένων σωματιδίων ηλεκτροδίων, αλλά μετά από δεκάδες φορτίσεις Μετά τον βρόχο, το πώς αυτά τα σωματίδια ταιριάζουν μεταξύ τους είναι πιο σημαντικό.

«Αυτή η μελέτη αποκαλύπτει τα μυστικά του τρόπου σχεδίασης και κατασκευής ηλεκτροδίων μπαταρίας για μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας», είπε ο Lin. Επί του παρόντος, το εργαστήριο του Lin εργάζεται στον επανασχεδιασμό των ηλεκτροδίων μπαταρίας για τη δημιουργία αρχιτεκτονικής ηλεκτροδίων γρήγορης φόρτισης, χαμηλότερου κόστους, μεγαλύτερης διάρκειας ζωής και φιλική προς το περιβάλλον.

0
Σχόλιο
συλλέγω
σαν
τεχνολογία
Η μελέτη βρίσκει το κλειδί για τη βελτίωση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας: Αλληλεπιδράσεις μεταξύ σωματιδίων
GasgooLiu Liting5小时前
Σύμφωνα με δημοσιεύματα ξένων μέσων, ο Φενγκ Λιν, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Χημείας στο Τεχνολογικό Κολλέγιο Επιστήμης της Βιρτζίνια, και η ερευνητική του ομάδα διαπίστωσαν ότι η πρώιμη αποσύνθεση της μπαταρίας φαίνεται να οφείλεται στις ιδιότητες των μεμονωμένων σωματιδίων ηλεκτροδίων, αλλά μετά από δεκάδες φορτίσεις Μετά τον βρόχο, το πώς αυτά τα σωματίδια ταιριάζουν μεταξύ τους είναι πιο σημαντικό.

«Αυτή η μελέτη αποκαλύπτει τα μυστικά του τρόπου σχεδίασης και κατασκευής ηλεκτροδίων μπαταρίας για μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας», είπε ο Lin. Επί του παρόντος, το εργαστήριο του Lin εργάζεται στον επανασχεδιασμό των ηλεκτροδίων μπαταρίας για τη δημιουργία αρχιτεκτονικής ηλεκτροδίων γρήγορης φόρτισης, χαμηλότερου κόστους, μεγαλύτερης διάρκειας ζωής και φιλική προς το περιβάλλον.

Πηγή εικόνας: Feng Lin

«Όταν η αρχιτεκτονική των ηλεκτροδίων επιτρέπει σε κάθε μεμονωμένο σωματίδιο να ανταποκρίνεται γρήγορα σε ηλεκτρικά σήματα, θα έχουμε μια εξαιρετική εργαλειοθήκη για γρήγορη φόρτιση των μπαταριών», είπε ο Lin. «Είμαστε ενθουσιασμένοι που μπορούμε να κατανοήσουμε την επόμενη γενιά μπαταριών ταχείας φόρτισης χαμηλού κόστους. ”

Η έρευνα διεξήχθη σε συνεργασία με το Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών SLAC του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, το Πανεπιστήμιο Purdue και την Ευρωπαϊκή Εγκατάσταση Ακτινοβολίας Σύγχρονον. Ο Zhengrui Xu και ο Dong Ho, μεταδιδακτορικοί υπότροφοι στο εργαστήριο του Lin, είναι επίσης συν-συγγραφείς στο χαρτί, κορυφαίοι στην κατασκευή ηλεκτροδίων, στην κατασκευή μπαταριών και στις μετρήσεις απόδοσης της μπαταρίας και βοηθούν με πειράματα ακτίνων Χ και ανάλυση δεδομένων.

«Τα βασικά δομικά στοιχεία είναι αυτά τα σωματίδια που αποτελούν τα ηλεκτρόδια της μπαταρίας, αλλά όταν κλιμακώνονται, αυτά τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους», δήλωσε ο επιστήμονας SLAC Yijin Liu, συνεργάτης στην Πηγή Φωτός Ακτινοβολίας Synchrotron του Stanford (SSRL). «Αν θέλετε να φτιάξετε καλύτερες μπαταρίες, πρέπει να ξέρετε πώς να συναρμολογείτε τα σωματίδια».

Ως μέρος της μελέτης, οι Lin, Liu και άλλοι συνάδελφοι χρησιμοποίησαν τεχνικές όρασης υπολογιστή για να μελετήσουν πώς τα μεμονωμένα σωματίδια που αποτελούν τα ηλεκτρόδια των επαναφορτιζόμενων μπαταριών διασπώνται με την πάροδο του χρόνου. Ο στόχος αυτή τη φορά είναι να μελετήσουμε όχι μόνο μεμονωμένα σωματίδια, αλλά και τους τρόπους με τους οποίους συνεργάζονται για να παρατείνουν ή να μειώσουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ο απώτερος στόχος είναι να μάθετε νέους τρόπους για να παρατείνετε τη διάρκεια ζωής των σχεδίων μπαταριών.

Ως μέρος της μελέτης, η ομάδα μελέτησε την κάθοδο της μπαταρίας με ακτίνες Χ. Χρησιμοποίησαν τομογραφία ακτίνων Χ για να ανακατασκευάσουν μια τρισδιάστατη εικόνα της καθόδου της μπαταρίας μετά από διαφορετικούς κύκλους φόρτισης. Στη συνέχεια έκοψαν αυτές τις τρισδιάστατες εικόνες σε μια σειρά από 2D φέτες και χρησιμοποίησαν μεθόδους υπολογιστικής όρασης για να αναγνωρίσουν τα σωματίδια. Εκτός από τον Lin και τον Liu, η μελέτη περιελάμβανε τον μεταδιδακτορικό ερευνητή SSRL Jizhou Li, τον καθηγητή μηχανολογίας του Πανεπιστημίου Purdue Keije Zhao και τον μεταπτυχιακό φοιτητή του Πανεπιστημίου Purdue, Nikhil Sharma.

Οι ερευνητές εντόπισαν τελικά περισσότερα από 2.000 μεμονωμένα σωματίδια, υπολογίζοντας όχι μόνο μεμονωμένα χαρακτηριστικά σωματιδίων όπως μέγεθος, σχήμα και τραχύτητα επιφάνειας, αλλά και χαρακτηριστικά όπως πόσο συχνά τα σωματίδια ήταν σε άμεση επαφή μεταξύ τους και πόσο άλλαζαν σχήμα τα σωματίδια.

Στη συνέχεια, εξέτασαν πώς κάθε ιδιότητα προκάλεσε τη διάσπαση των σωματιδίων και διαπίστωσαν ότι μετά από 10 κύκλους φόρτισης, οι μεγαλύτεροι παράγοντες ήταν οι ιδιότητες των μεμονωμένων σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένου του πόσο σφαιρικά ήταν τα σωματίδια και η αναλογία του όγκου των σωματιδίων προς την επιφάνεια. Μετά από 50 κύκλους, ωστόσο, οι ιδιότητες ζευγαρώματος και ομάδας οδήγησαν την αποσύνθεση των σωματιδίων - όπως πόσο μακριά ήταν τα δύο σωματίδια, πόσο άλλαξε το σχήμα και αν τα πιο επιμήκη σωματίδια σε σχήμα μπάλας ποδοσφαίρου είχαν παρόμοιους προσανατολισμούς.

«Ο λόγος δεν είναι πλέον μόνο το ίδιο το σωματίδιο, αλλά η αλληλεπίδραση σωματιδίου-σωματιδίου», είπε ο Liu. Αυτό το εύρημα είναι σημαντικό γιατί σημαίνει ότι οι κατασκευαστές μπορούν να αναπτύξουν τεχνικές για τον έλεγχο αυτών των ιδιοτήτων. Για παράδειγμα, μπορεί να μπορούν να χρησιμοποιούν μαγνητικά ή ηλεκτρικά πεδία Ευθυγραμμίζοντας τα επιμήκη σωματίδια μεταξύ τους, τα τελευταία ευρήματα υποδηλώνουν ότι αυτό θα επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας».

Ο Lin πρόσθεσε: «Έχουμε ερευνήσει εντατικά πώς να κάνουμε τις μπαταρίες EV να λειτουργούν αποτελεσματικά σε συνθήκες γρήγορης φόρτισης και χαμηλής θερμοκρασίας. Εκτός από το σχεδιασμό νέων υλικών που μπορούν να μειώσουν το κόστος της μπαταρίας χρησιμοποιώντας φθηνότερες και πιο άφθονες πρώτες ύλες, το εργαστήριό μας έχει επίσης καταβληθεί μια συνεχής προσπάθεια κατανόησης της συμπεριφοράς της μπαταρίας μακριά από την ισορροπία. Έχουμε αρχίσει να μελετάμε τα υλικά της μπαταρίας και την απόκρισή τους σε σκληρά περιβάλλοντα.»