Uno studio trova la chiave per migliorare la durata della batteria: le interazioni tra le particelle

Secondo quanto riportato dai media stranieri, Feng Lin, professore associato presso il Dipartimento di Chimica del Virginia Tech College of Science, e il suo gruppo di ricerca hanno scoperto che il decadimento precoce della batteria sembra essere guidato dalle proprietà delle singole particelle degli elettrodi, ma dopo dozzine di cariche Dopo il looping, il modo in cui queste particelle si incastrano tra loro è più importante.

"Questo studio rivela i segreti su come progettare e fabbricare elettrodi di batterie per una lunga durata del ciclo di vita", ha affermato Lin. Attualmente, il laboratorio di Lin sta lavorando alla riprogettazione degli elettrodi della batteria per creare un'architettura degli elettrodi a ricarica rapida, a basso costo, di maggiore durata e rispettosa dell'ambiente.

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Uno studio trova la chiave per migliorare la durata della batteria: le interazioni tra le particelle
GasgooLiu Liting5小时前
Secondo quanto riportato dai media stranieri, Feng Lin, professore associato presso il Dipartimento di Chimica del Virginia Tech College of Science, e il suo gruppo di ricerca hanno scoperto che il decadimento precoce della batteria sembra essere guidato dalle proprietà delle singole particelle degli elettrodi, ma dopo dozzine di cariche Dopo il looping, il modo in cui queste particelle si incastrano tra loro è più importante.

"Questo studio rivela i segreti su come progettare e fabbricare elettrodi di batterie per una lunga durata del ciclo di vita", ha affermato Lin. Attualmente, il laboratorio di Lin sta lavorando alla riprogettazione degli elettrodi della batteria per creare un'architettura degli elettrodi a ricarica rapida, a basso costo, di maggiore durata e rispettosa dell'ambiente.

Fonte immagine: Feng Lin

“Quando l’architettura dell’elettrodo consentirà a ogni singola particella di rispondere rapidamente ai segnali elettrici, avremo un ottimo strumento per caricare rapidamente le batterie”, ha affermato Lin. “Siamo entusiasti di poter comprendere la prossima generazione di batterie a ricarica rapida a basso costo. "

La ricerca è stata condotta in collaborazione con lo SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, la Purdue University e l'European Synchrotron Radiation Facility. Zhengrui Xu e Dong Ho, borsisti post-dottorato nel laboratorio di Lin, sono anche coautori dell'articolo, guidando la fabbricazione degli elettrodi, la fabbricazione delle batterie e le misurazioni delle prestazioni delle batterie, oltre a fornire assistenza negli esperimenti a raggi X e nell'analisi dei dati.

"Gli elementi costitutivi di base sono queste particelle che compongono gli elettrodi delle batterie, ma una volta ingrandite, queste particelle interagiscono tra loro", ha detto lo scienziato dello SLAC Yijin Liu, membro della Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL). “Se vuoi produrre batterie migliori, devi sapere come mettere insieme le particelle.”

Nell’ambito dello studio, Lin, Liu e altri colleghi hanno utilizzato tecniche di visione artificiale per studiare come le singole particelle che compongono gli elettrodi delle batterie ricaricabili si rompono nel tempo. L’obiettivo questa volta è studiare non solo le singole particelle, ma anche il modo in cui lavorano insieme per estendere o ridurre la durata della batteria. L’obiettivo finale è apprendere nuovi modi per prolungare la durata dei progetti di batterie.

Nell'ambito dello studio, il team ha studiato il catodo della batteria con i raggi X. Hanno utilizzato la tomografia a raggi X per ricostruire un’immagine 3D del catodo della batteria dopo diversi cicli di ricarica. Hanno quindi tagliato queste immagini 3D in una serie di fette 2D e hanno utilizzato metodi di visione artificiale per identificare le particelle. Oltre a Lin e Liu, lo studio ha incluso il ricercatore post-dottorato della SSRL Jizhou Li, il professore di ingegneria meccanica della Purdue University Keije Zhao e lo studente laureato della Purdue University Nikhil Sharma.

Alla fine i ricercatori hanno identificato più di 2.000 singole particelle, calcolando non solo le caratteristiche individuali delle singole particelle come dimensione, forma e rugosità superficiale, ma anche caratteristiche come la frequenza con cui le particelle erano in contatto diretto tra loro e quanto le particelle cambiavano forma.

Successivamente, hanno esaminato il modo in cui ciascuna proprietà causava la disgregazione delle particelle e hanno scoperto che dopo 10 cicli di carica, i fattori principali erano le proprietà delle singole particelle, compreso quanto erano sferiche le particelle e il rapporto tra il volume delle particelle e l’area superficiale. Dopo 50 cicli, tuttavia, l’accoppiamento e le proprietà del gruppo determinavano la decomposizione delle particelle, ad esempio quanto erano distanti le due particelle, quanto cambiava la forma e se le particelle più allungate a forma di pallone da calcio avevano orientamenti simili.

"La ragione non è più solo la particella stessa, ma l'interazione particella-particella", ha detto Liu. Questa scoperta è importante perché significa che i produttori possono sviluppare tecniche per controllare queste proprietà. Ad esempio, potrebbero essere in grado di utilizzare campi magnetici o elettrici per allineare le particelle allungate tra loro, gli ultimi risultati suggeriscono che ciò prolungherà la durata della batteria”.

Lin ha aggiunto: “Abbiamo svolto ricerche approfondite su come far funzionare in modo efficiente le batterie dei veicoli elettrici in condizioni di ricarica rapida e di bassa temperatura. Oltre a progettare nuovi materiali in grado di ridurre i costi delle batterie utilizzando materie prime più economiche e abbondanti, il nostro laboratorio si è impegnato anche per comprendere il comportamento delle batterie fuori dall'equilibrio. Abbiamo iniziato a studiare i materiali delle batterie e la loro risposta agli ambienti difficili”.