O estudo atopa a clave para mellorar a duración da batería: interaccións entre partículas

Segundo informes de medios estranxeiros, Feng Lin, profesor asociado do Departamento de Química do Virginia Tech College of Science, e o seu equipo de investigación descubriron que a decadencia precoz da batería parece estar dirixida polas propiedades das partículas individuais de electrodos, pero despois de decenas de cargas. Despois do bucle, é máis importante como encaixan esas partículas.

"Este estudo revela os segredos de como deseñar e fabricar electrodos de batería para unha longa vida útil da batería", dixo Lin. Actualmente, o laboratorio de Lin está a traballar no rediseño dos electrodos da batería para crear unha arquitectura de electrodos de carga rápida, de menor custo, de maior duración e respectuosa co medio ambiente.

0
Comenta
recoller
como
tecnoloxía
O estudo atopa a clave para mellorar a duración da batería: interaccións entre partículas
GasgooLiu Liting5小时前
Segundo informes de medios estranxeiros, Feng Lin, profesor asociado do Departamento de Química do Virginia Tech College of Science, e o seu equipo de investigación descubriron que a decadencia precoz da batería parece estar dirixida polas propiedades das partículas individuais de electrodos, pero despois de decenas de cargas. Despois do bucle, é máis importante como encaixan esas partículas.

"Este estudo revela os segredos de como deseñar e fabricar electrodos de batería para unha longa vida útil da batería", dixo Lin. Actualmente, o laboratorio de Lin está a traballar no rediseño dos electrodos da batería para crear unha arquitectura de electrodos de carga rápida, de menor custo, de maior duración e respectuosa co medio ambiente.

Fonte da imaxe: Feng Lin

"Cando a arquitectura do electrodo permita que cada partícula individual responda rapidamente aos sinais eléctricos, teremos unha gran caixa de ferramentas para cargar rapidamente as baterías", dixo Lin. "Estamos entusiasmados por permitir a nosa comprensión da próxima xeración de baterías de carga rápida de baixo custo. ”

A investigación levouse a cabo en colaboración co SLAC National Accelerator Laboratory do Departamento de Enerxía dos Estados Unidos, a Universidade de Purdue e a European Synchrotron Radiation Facility. Zhengrui Xu e Dong Ho, bolseiros posdoutorais no laboratorio de Lin, tamén son coautores do artigo, que lideran a fabricación de electrodos, a fabricación de baterías e as medicións de rendemento da batería, e colaboran con experimentos de raios X e análise de datos.

"Os bloques de construción básicos son estas partículas que constitúen os electrodos da batería, pero cando se escalan, estas partículas interactúan entre si", dixo o científico do SLAC Yijin Liu, investigador da fonte de luz de radiación de sincrotrón de Stanford (SSRL). "Se queres facer mellores baterías, necesitas saber unir partículas".

Como parte do estudo, Lin, Liu e outros colegas utilizaron técnicas de visión por ordenador para estudar como as partículas individuais que compoñen os electrodos das baterías recargables se descompoñen co paso do tempo. O obxectivo desta vez é estudar non só as partículas individuais, senón tamén as formas en que traballan en conxunto para estender ou reducir a duración da batería. O obxectivo final é aprender novas formas de prolongar a vida útil dos deseños da batería.

Como parte do estudo, o equipo estudou o cátodo da batería con raios X. Usaron a tomografía de raios X para reconstruír unha imaxe 3D do cátodo da batería despois de diferentes ciclos de carga. Despois cortaron estas imaxes en 3D nunha serie de rebanadas 2D e utilizaron métodos de visión por ordenador para identificar as partículas. Ademais de Lin e Liu, o estudo incluíu o investigador posdoutoral de SSRL Jizhou Li, o profesor de enxeñería mecánica da Universidade de Purdue Keije Zhao e o estudante de posgrao da Universidade de Purdue Nikhil Sharma.

Finalmente, os investigadores identificaron máis de 2.000 partículas individuais, calculando non só as características individuais das partículas como o tamaño, a forma e a rugosidade da superficie, senón tamén características como a frecuencia con que as partículas estaban en contacto directo entre elas e canto cambiaban de forma as partículas.

A continuación, analizaron como cada propiedade provocaba a descomposición das partículas e descubriron que despois de 10 ciclos de carga, os factores máis importantes eran as propiedades das partículas individuais, incluíndo o grao de esfera das partículas e a relación entre o volume da partícula e a superficie. Despois de 50 ciclos, con todo, as propiedades de emparellamento e grupo impulsaron a descomposición das partículas, como a que distancia estaban as dúas partículas, canto cambiou a forma e se as partículas máis alongadas con forma de balón de fútbol tiñan orientacións similares.

"A razón xa non é só a partícula en si, senón a interacción partícula-partícula", dixo Liu. Este achado é importante porque significa que os fabricantes poden desenvolver técnicas para controlar estas propiedades. Por exemplo, poden ser capaces de usar campos magnéticos ou eléctricos. Ao aliñar as partículas alongadas entre si, os últimos descubrimentos suxiren que isto prolongará a vida útil da batería.

Lin engadiu: "Estivemos investigando intensamente como facer que as baterías de vehículos eléctricos funcionen de forma eficiente en condicións de carga rápida e baixa temperatura. Ademais de deseñar novos materiais que poidan reducir os custos das baterías mediante o uso de materias primas máis baratas e abundantes, o noso laboratorio tamén se fixo un esforzo continuo para comprender o comportamento da batería fóra do equilibrio. Comezamos a estudar os materiais das baterías e a súa resposta a ambientes duros".