Tutkimus löytää avaimen akun käyttöiän parantamiseen: hiukkasten väliset vuorovaikutukset

Ulkomaisten tiedotusvälineiden mukaan Virginia Tech College of Sciencen kemian laitoksen apulaisprofessori Feng Lin ja hänen tutkimusryhmänsä havaitsivat, että akun varhainen rappeutuminen näyttää johtuvan yksittäisten elektrodihiukkasten ominaisuuksista, mutta kymmenien latausten jälkeen. Silmukan jälkeen on tärkeämpää, kuinka nämä hiukkaset sopivat yhteen.

"Tämä tutkimus paljastaa salaisuudet kuinka suunnitella ja valmistaa akkuelektrodeja pitkää akun käyttöikää varten", Lin sanoi. Tällä hetkellä Linin laboratorio työskentelee akkuelektrodien uudelleensuunnittelussa luodakseen nopeasti latautuvan, edullisemman, pidemmän käyttöiän ja ympäristöystävällisen elektrodiarkkitehtuurin.

0
Kommentti
kerätä
pitää
teknologiaa
Tutkimus löytää avaimen akun käyttöiän parantamiseen: hiukkasten väliset vuorovaikutukset
GasgooLiu Liting5小时前
Ulkomaisten tiedotusvälineiden mukaan Virginia Tech College of Sciencen kemian laitoksen apulaisprofessori Feng Lin ja hänen tutkimusryhmänsä havaitsivat, että akun varhainen rappeutuminen näyttää johtuvan yksittäisten elektrodihiukkasten ominaisuuksista, mutta kymmenien latausten jälkeen. Silmukan jälkeen on tärkeämpää, kuinka nämä hiukkaset sopivat yhteen.

"Tämä tutkimus paljastaa salaisuudet kuinka suunnitella ja valmistaa akkuelektrodeja pitkää akun käyttöikää varten", Lin sanoi. Tällä hetkellä Linin laboratorio työskentelee akkuelektrodien uudelleensuunnittelussa luodakseen nopeasti latautuvan, edullisemman, pidemmän käyttöiän ja ympäristöystävällisen elektrodiarkkitehtuurin.

Kuvan lähde: Feng Lin

"Kun elektrodiarkkitehtuuri antaa jokaisen yksittäisen hiukkasen reagoida nopeasti sähköisiin signaaleihin, meillä on loistava työkalupakki akkujen nopeaan lataamiseen", Lin sanoi. ”Olemme innoissamme mahdollistaessamme ymmärryksemme seuraavan sukupolven edullisista pikalatausakuista. ”

Tutkimus tehtiin yhteistyössä Yhdysvaltain energiaministeriön SLAC National Accelerator Laboratoryn, Purduen yliopiston ja European Synchrotron Radiation Facilityn kanssa. Zhengrui Xu ja Dong Ho, tohtorintutkijat Linin laboratoriossa, ovat myös mukana kirjoittamassa paperia, johtavat elektrodien valmistusta, akkujen valmistusta ja akun suorituskyvyn mittauksia sekä avustavat röntgenkokeissa ja data-analyysissä.

"Perusrakennuspalikoita ovat nämä hiukkaset, jotka muodostavat akkuelektrodeja, mutta suurennettuna nämä hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa", sanoi SLAC-tutkija Yijin Liu, stipendiaatti Stanford Synchrotron Radiation Light Sourcesta (SSRL). "Jos haluat tehdä parempia akkuja, sinun on tiedettävä, kuinka hiukkaset yhdistetään."

Osana tutkimusta Lin, Liu ja muut kollegat käyttivät tietokonenäkötekniikoita tutkiakseen, kuinka yksittäiset hiukkaset, jotka muodostavat ladattavien akkujen elektrodit, hajoavat ajan myötä. Tällä kertaa tavoitteena on tutkia yksittäisten hiukkasten lisäksi myös tapoja, joilla ne toimivat yhdessä pidentäen tai lyhentääkseen akun käyttöikää. Lopullisena tavoitteena on oppia uusia tapoja pidentää akkumallien käyttöikää.

Osana tutkimusta ryhmä tutki akun katodia röntgensäteillä. He käyttivät röntgentomografiaa rekonstruoidakseen 3D-kuvan akun katodista eri latausjaksojen jälkeen. Sitten he leikkaavat nämä 3D-kuvat sarjaksi 2D-viipaleiksi ja käyttivät tietokonenäkömenetelmiä hiukkasten tunnistamiseen. Linin ja Liun lisäksi tutkimukseen osallistuivat SSRL:n tutkijatohtori Jizhou Li, Purduen yliopiston konetekniikan professori Keije Zhao ja Purduen yliopiston jatko-opiskelija Nikhil Sharma.

Tutkijat tunnistivat lopulta yli 2 000 yksittäistä hiukkasta laskemalla yksittäisten hiukkasten ominaisuuksien, kuten koon, muodon ja pinnan karheuden, lisäksi myös ominaisuuksia, kuten kuinka usein hiukkaset olivat suorassa kosketuksessa toistensa kanssa ja kuinka paljon hiukkaset muuttivat muotoaan.

Seuraavaksi he tarkastelivat, kuinka kukin ominaisuus aiheutti hiukkasten hajoamisen, ja havaitsivat, että 10 latausjakson jälkeen suurimmat tekijät olivat yksittäisten hiukkasten ominaisuudet, mukaan lukien kuinka pallomaiset hiukkaset olivat ja hiukkasten tilavuuden suhde pinta-alaan. 50 jakson jälkeen pariliitos- ja ryhmäominaisuudet vaikuttivat kuitenkin hiukkasten hajoamiseen - kuten kuinka kaukana toisistaan ​​kaksi hiukkasta olivat, kuinka paljon muoto muuttui ja olivatko pitkänomaisemmat jalkapallopallon muotoiset hiukkaset samansuuntaisia.

"Syynä ei ole enää vain itse hiukkanen, vaan hiukkasten välinen vuorovaikutus", Liu sanoi. Tämä havainto on tärkeä, koska se tarkoittaa, että valmistajat voivat kehittää tekniikoita näiden ominaisuuksien hallitsemiseksi. He saattavat esimerkiksi pystyä käyttämään magneetti- tai sähkökenttiä. Kun pitkänomaiset hiukkaset kohdistetaan toisiinsa, uusimmat havainnot viittaavat siihen, että tämä pidentää akun käyttöikää.

Lin lisäsi: ”Olemme tutkineet intensiivisesti, kuinka sähköautojen akut toimisivat tehokkaasti nopeassa latauksessa ja alhaisissa lämpötiloissa. Sen lisäksi, että suunnittelemme uusia materiaaleja, jotka voivat alentaa akkukustannuksia käyttämällä halvempia ja runsaampia raaka-aineita, laboratoriomme on myös pyrkinyt jatkuvasti ymmärtämään akun käyttäytymistä poissa tasapainosta. Olemme alkaneet tutkia akkumateriaaleja ja niiden reagointia vaativiin ympäristöihin."