مطالعه کلید بهبود عمر باتری را می یابد: تعامل بین ذرات

بر اساس گزارش رسانه های خارجی، فنگ لین، دانشیار گروه شیمی در دانشکده علوم فنی ویرجینیا، و تیم تحقیقاتی اش دریافتند که به نظر می رسد پوسیدگی اولیه باتری توسط خواص تک تک ذرات الکترود انجام می شود، اما پس از ده ها بار شارژ. بعد از حلقه زدن، نحوه قرار گرفتن آن ذرات با هم مهمتر است.

لین گفت: «این مطالعه اسرار نحوه طراحی و ساخت الکترودهای باتری برای عمر چرخه باتری طولانی را نشان می دهد. در حال حاضر، آزمایشگاه Lin در حال کار بر روی طراحی مجدد الکترودهای باتری برای ایجاد معماری الکترود با شارژ سریع، کم هزینه، عمر طولانی تر و سازگار با محیط زیست است.

0
نظر دهید
جمع آوری کنید
مانند
تکنولوژی
مطالعه کلید بهبود عمر باتری را می یابد: تعامل بین ذرات
GasgooLiu Liting5小时前
بر اساس گزارش رسانه های خارجی، فنگ لین، دانشیار گروه شیمی در دانشکده علوم فنی ویرجینیا، و تیم تحقیقاتی اش دریافتند که به نظر می رسد پوسیدگی اولیه باتری توسط خواص تک تک ذرات الکترود انجام می شود، اما پس از ده ها بار شارژ. بعد از حلقه زدن، نحوه قرار گرفتن آن ذرات با هم مهمتر است.

لین گفت: «این مطالعه اسرار نحوه طراحی و ساخت الکترودهای باتری برای عمر چرخه باتری طولانی را نشان می دهد. در حال حاضر، آزمایشگاه Lin در حال کار بر روی طراحی مجدد الکترودهای باتری برای ایجاد معماری الکترود با شارژ سریع، کم هزینه، عمر طولانی تر و سازگار با محیط زیست است.

منبع تصویر: فنگ لین

لین گفت: «وقتی معماری الکترود به هر ذره منفرد اجازه می‌دهد تا به سیگنال‌های الکتریکی سریع پاسخ دهد، جعبه ابزار خوبی برای شارژ سریع باتری‌ها خواهیم داشت. ما هیجان زده هستیم که درک خود را از نسل بعدی باتری‌های شارژ سریع ارزان قیمت ممکن کنیم. ”

این تحقیق با همکاری آزمایشگاه شتاب دهنده ملی SLAC وزارت انرژی ایالات متحده، دانشگاه پردو و تأسیسات تابش سنکروترون اروپا انجام شد. Zhengrui Xu و Dong Ho، همکاران فوق دکترا در آزمایشگاه Lin، همچنین از نویسندگان مشترک در مقاله، پیشرو در ساخت الکترود، ساخت باتری، و اندازه‌گیری عملکرد باتری، و کمک به آزمایش‌های اشعه ایکس و تجزیه و تحلیل داده‌ها هستند.

ییجین لیو، دانشمند SLAC، یکی از همکاران منبع نور تشعشع سنکروترون استنفورد (SSRL) می گوید: "بلوک های ساختمانی اساسی این ذرات هستند که الکترودهای باتری را می سازند، اما وقتی بزرگتر شوند، این ذرات با یکدیگر تعامل می کنند." "اگر می خواهید باتری های بهتری بسازید، باید بدانید که چگونه ذرات را کنار هم قرار دهید."

به عنوان بخشی از این مطالعه، لین، لیو و سایر همکاران از تکنیک‌های بینایی کامپیوتری برای بررسی چگونگی شکسته شدن تک تک ذرات سازنده الکترودهای باتری‌های قابل شارژ در طول زمان استفاده کردند. هدف این بار بررسی نه تنها ذرات منفرد، بلکه روش هایی است که در آنها با یکدیگر برای افزایش یا کاهش عمر باتری کار می کنند. هدف نهایی یادگیری روش های جدید برای افزایش عمر طراحی باتری است.

به عنوان بخشی از این مطالعه، تیم کاتد باتری را با اشعه ایکس مطالعه کرد. آنها از توموگرافی اشعه ایکس برای بازسازی یک تصویر سه بعدی از کاتد باتری پس از چرخه های مختلف شارژ استفاده کردند. آنها سپس این تصاویر سه بعدی را به یک سری از برش های دو بعدی برش دادند و از روش های بینایی کامپیوتری برای شناسایی ذرات استفاده کردند. علاوه بر لین و لیو، این مطالعه شامل محقق فوق دکتری SSRL، جیژو لی، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه پردو، کیجه ژائو، و دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه پوردو، نیکیل شارما بود.

محققان در نهایت بیش از 2000 ذره مجزا را شناسایی کردند و نه تنها ویژگی‌های ذرات منفرد مانند اندازه، شکل و زبری سطح را محاسبه کردند، بلکه ویژگی‌هایی مانند اینکه چقدر ذرات در تماس مستقیم با یکدیگر بودند و میزان تغییر شکل ذرات را نیز محاسبه کردند.

در مرحله بعد، آنها به چگونگی هر ویژگی باعث تجزیه ذرات شدند و دریافتند که پس از 10 چرخه شارژ، بزرگترین فاکتورها خواص تک تک ذرات، از جمله کروی بودن ذرات و نسبت حجم ذرات به سطح سطح است. با این حال، پس از 50 چرخه، ویژگی های جفت شدن و گروهی باعث تجزیه ذرات شد - مانند اینکه دو ذره چقدر از هم فاصله داشتند، شکل چقدر تغییر کرد، و اینکه آیا ذرات درازتر توپ فوتبال شکل دارای جهت گیری مشابهی بودند یا خیر.

لیو گفت: "دلیل دیگر فقط خود ذره نیست، بلکه برهمکنش ذره-ذره است." این یافته مهم است زیرا به این معنی است که تولیدکنندگان می توانند تکنیک هایی را برای کنترل این ویژگی ها توسعه دهند. به عنوان مثال، آنها ممکن است قادر به استفاده از میدان های مغناطیسی یا الکتریکی باشند. در تراز کردن ذرات دراز با یکدیگر، آخرین یافته ها نشان می دهد که این باعث افزایش عمر باتری می شود.

لین افزود: «ما به شدت در حال تحقیق در مورد چگونگی کارکرد موثر باتری‌های EV در شرایط شارژ سریع و دمای پایین بوده‌ایم. آزمایشگاه ما علاوه بر طراحی مواد جدیدی که می‌تواند هزینه باتری را با استفاده از مواد خام ارزان‌تر و فراوان‌تر کاهش دهد، تلاش‌های مداومی برای درک رفتار باتری به دور از تعادل انجام داده است. ما شروع به مطالعه مواد باتری و واکنش آنها به محیط های خشن کرده ایم.