מחקר מוצא את המפתח לשיפור חיי הסוללה: אינטראקציות בין חלקיקים

לפי דיווחים בתקשורת זרה, פנג לין, פרופסור חבר במחלקה לכימיה במכללה למדעים טק של וירג'יניה, וצוות המחקר שלו מצאו שנראה שדעיכת הסוללה המוקדמת מונעת על ידי תכונותיהם של חלקיקי אלקטרודה בודדים, אך לאחר עשרות טעינות. לאחר לולאה, איך החלקיקים האלה משתלבים זה יותר חשוב.

"מחקר זה חושף את הסודות כיצד לתכנן וליצור אלקטרודות סוללה לחיי מחזור סוללה ארוכים", אמר לין. נכון לעכשיו, המעבדה של לין עובדת על תכנון מחדש של אלקטרודות סוללה כדי ליצור ארכיטקטורת אלקטרודות ידידותית לסביבה, בעלות נמוכה יותר, בעלות נמוכה יותר.

0
הֶעָרָה
לֶאֱסוֹף
כְּמוֹ
טֶכנוֹלוֹגִיָה
מחקר מוצא את המפתח לשיפור חיי הסוללה: אינטראקציות בין חלקיקים
GasgooLiu Liting5小时前
לפי דיווחים בתקשורת זרה, פנג לין, פרופסור חבר במחלקה לכימיה במכללה למדעים טק של וירג'יניה, וצוות המחקר שלו מצאו שנראה שדעיכת הסוללה המוקדמת מונעת על ידי תכונותיהם של חלקיקי אלקטרודה בודדים, אך לאחר עשרות טעינות. לאחר לולאה, איך החלקיקים האלה משתלבים זה יותר חשוב.

"מחקר זה חושף את הסודות כיצד לתכנן וליצור אלקטרודות סוללה לחיי מחזור סוללה ארוכים", אמר לין. נכון לעכשיו, המעבדה של לין עובדת על תכנון מחדש של אלקטרודות סוללה כדי ליצור ארכיטקטורת אלקטרודות ידידותית לסביבה, בעלות נמוכה יותר, בעלות נמוכה יותר.

מקור תמונה: פנג לין

"כאשר ארכיטקטורת האלקטרודות תאפשר לכל חלקיק בודד להגיב במהירות לאותות חשמליים, יהיה לנו ארגז כלים נהדר לטעינה מהירה של סוללות", אמר לין. "אנו נרגשים לאפשר את ההבנה שלנו לגבי הדור הבא של סוללות בעלות נמוכה בטעינה מהירה. ”

המחקר נערך בשיתוף פעולה עם מעבדת האצה הלאומית SLAC של משרד האנרגיה האמריקני, אוניברסיטת פרדו ומתקן קרינת סינכרוטרון אירופי. Zhengrui Xu ודונג הו, פוסט-דוקטורנטים במעבדה של לין, הם גם מחברי המאמר, המובילים ייצור אלקטרודות, ייצור סוללות ומדידות ביצועי סוללות, ומסייעים בניסויי רנטגן וניתוח נתונים.

"אבני הבניין הבסיסיות הן החלקיקים האלה שמרכיבים את אלקטרודות הסוללה, אבל כאשר מגדילים אותם, החלקיקים האלה מקיימים אינטראקציה זה עם זה", אמר מדען SLAC Yijin Liu, עמית ב-Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL). "אם אתה רוצה ליצור סוללות טובות יותר, אתה צריך לדעת איך לחבר חלקיקים יחד."

כחלק מהמחקר, לין, ליו ועמיתים אחרים השתמשו בטכניקות ראייה ממוחשבת כדי לחקור כיצד החלקיקים הבודדים המרכיבים את האלקטרודות של הסוללות הנטענות מתפרקות עם הזמן. המטרה הפעם היא לחקור לא רק חלקיקים בודדים, אלא גם את הדרכים שבהן הם פועלים יחד כדי להאריך או להפחית את חיי הסוללה. המטרה הסופית היא ללמוד דרכים חדשות להאריך את חיי הסוללות.

כחלק מהמחקר, הצוות חקר את קתודו של הסוללה באמצעות קרני רנטגן. הם השתמשו בטומוגרפיה של קרני רנטגן כדי לשחזר תמונה תלת מימדית של הקתודה של הסוללה לאחר מחזורי טעינה שונים. לאחר מכן הם חתכו את התמונות התלת-ממדיות הללו לסדרה של פרוסות דו-ממדיות והשתמשו בשיטות ראייה ממוחשבת כדי לזהות את החלקיקים. בנוסף ללין וליו, המחקר כלל את חוקר הפוסט-דוקטורט של SSRL Jizhou Li, פרופסור להנדסת מכונות מאוניברסיטת Purdue Keije Zhao, והסטודנט לתואר שני באוניברסיטת Purdue Nikhil Sharma.

החוקרים זיהו בסופו של דבר יותר מ-2,000 חלקיקים בודדים, וחישבו לא רק מאפיינים של חלקיקים בודדים כמו גודל, צורה וחספוס פני השטח, אלא גם מאפיינים כמו התדירות שבה היו החלקיקים במגע ישיר זה עם זה ועד כמה החלקיקים שינו צורה.

לאחר מכן, הם בדקו כיצד כל תכונה גרמה לחלקיקים להתפרק, וגילו שלאחר 10 מחזורי טעינה, הגורמים הגדולים ביותר היו המאפיינים של החלקיקים הבודדים, כולל עד כמה החלקיקים היו כדוריים והיחס בין נפח החלקיקים לשטח הפנים. עם זאת, לאחר 50 מחזורים, תכונות זיווג וקבוצות הניעו את פירוק החלקיקים - כגון כמה רחוקים היו שני החלקיקים זה מזה, עד כמה הצורה השתנתה והאם לחלקיקים המוארכים יותר בצורת כדור כדורגל היו כיוונים דומים.

"הסיבה היא כבר לא רק החלקיק עצמו, אלא האינטראקציה בין חלקיק לחלקיק", אמר ליו. ממצא זה חשוב כי זה אומר שיצרנים יכולים לפתח טכניקות לשלוט במאפיינים אלה. לדוגמה, הם עשויים להיות מסוגלים להשתמש בשדות מגנטיים או חשמליים מיישרים את החלקיקים המוארכים זה עם זה, הממצאים האחרונים מצביעים על כך שזה יאריך את חיי הסוללה."

לין הוסיף: "חקרנו באופן אינטנסיבי כיצד לגרום לסוללות EV לעבוד ביעילות בטעינה מהירה ובתנאי טמפרטורה נמוכים. בנוסף לתכנון חומרים חדשים שיכולים להפחית את עלויות הסוללה על ידי שימוש בחומרי גלם זולים ושופעים יותר, המעבדה שלנו נעשתה גם מאמץ מתמשך להבין את התנהגות הסוללה הרחק משיווי משקל. התחלנו ללמוד את חומרי הסוללה ואת התגובה שלהם לסביבות קשות".