Tyrimas randa raktą, kaip pagerinti baterijos veikimo laiką: dalelių sąveika

Remiantis užsienio žiniasklaidos pranešimais, Virdžinijos technikos mokslų koledžo Chemijos katedros docentas Feng Linas ir jo tyrimų grupė nustatė, kad ankstyvą baterijos nykimą, atrodo, lėmė atskirų elektrodų dalelių savybės, tačiau po dešimčių įkrovimų. Po kilpos svarbiau, kaip tos dalelės dera tarpusavyje.

„Šis tyrimas atskleidžia paslaptis, kaip sukurti ir pagaminti akumuliatoriaus elektrodus, kad būtų užtikrintas ilgas baterijos ciklas“, - sakė Linas. Šiuo metu Lino laboratorija perprojektuoja akumuliatoriaus elektrodus, kad būtų sukurtas greitas įkrovimas, pigesnis, ilgesnis tarnavimo laikas ir aplinkai nekenksminga elektrodų architektūra.

0
komentuoti
rinkti
patinka
technologija
Tyrimas randa raktą, kaip pagerinti baterijos veikimo laiką: dalelių sąveika
GasgooLiu Liting5小时前
Remiantis užsienio žiniasklaidos pranešimais, Virdžinijos technikos mokslų koledžo Chemijos katedros docentas Feng Linas ir jo tyrimų grupė nustatė, kad ankstyvą baterijos nykimą, atrodo, lėmė atskirų elektrodų dalelių savybės, tačiau po dešimčių įkrovimų. Po kilpos svarbiau, kaip tos dalelės dera tarpusavyje.

„Šis tyrimas atskleidžia paslaptis, kaip sukurti ir pagaminti akumuliatoriaus elektrodus, kad būtų užtikrintas ilgas baterijos ciklas“, - sakė Linas. Šiuo metu Lino laboratorija perprojektuoja akumuliatoriaus elektrodus, kad būtų sukurtas greitas įkrovimas, pigesnis, ilgesnis tarnavimo laikas ir aplinkai nekenksminga elektrodų architektūra.

Vaizdo šaltinis: Feng Lin

„Kai elektrodų architektūra leis kiekvienai dalelei greitai reaguoti į elektros signalus, turėsime puikų įrankių rinkinį greitai įkrauti baterijas“, – sakė Linas. „Džiaugiamės galėdami suprasti naujos kartos nebrangius greitai įkraunamus akumuliatorius. “

Tyrimas buvo atliktas bendradarbiaujant su JAV Energetikos departamento SLAC nacionaline greitintuvo laboratorija, Purdue universitetu ir Europos sinchrotroninės spinduliuotės įrenginiu. Zhengrui Xu ir Dong Ho, Lino laboratorijos doktorantūros stažuotojai, taip pat yra šio straipsnio bendraautoriai, vadovauja elektrodų gamybai, baterijų gamybai ir baterijos veikimo matavimams bei padeda atlikti rentgeno eksperimentus ir analizuoti duomenis.

„Pagrindiniai statybiniai blokai yra šios dalelės, sudarančios akumuliatoriaus elektrodus, tačiau padidinus jų mastelį, šios dalelės sąveikauja viena su kita“, – sakė SLAC mokslininkas Yijin Liu, Stanfordo sinchrotroninės spinduliuotės šviesos šaltinio (SSRL) bendradarbis. „Jei norite pagaminti geresnes baterijas, turite žinoti, kaip sujungti daleles.

Atlikdami tyrimą, Linas, Liu ir kiti kolegos naudojo kompiuterinio matymo metodus, kad ištirtų, kaip laikui bėgant suyra atskiros dalelės, sudarančios įkraunamų baterijų elektrodus. Šį kartą tikslas yra ištirti ne tik atskiras daleles, bet ir būdus, kaip jie veikia kartu, kad pailgintų arba sumažintų baterijos veikimo laiką. Galutinis tikslas – išmokti naujų būdų, kaip prailginti baterijų dizaino tarnavimo laiką.

Atlikdama tyrimą, komanda ištyrė baterijos katodą rentgeno spinduliais. Jie naudojo rentgeno tomografiją, kad po skirtingų įkrovimo ciklų atkurtų 3D baterijos katodo vaizdą. Tada jie supjaustė šias 3D nuotraukas į 2D pjūvius ir naudojo kompiuterinio matymo metodus dalelėms identifikuoti. Be Lino ir Liu, tyrime dalyvavo SSRL doktorantas Jizhou Li, Purdue universiteto mechanikos inžinerijos profesorius Keije Zhao ir Purdue universiteto absolventas Nikhilas Sharma.

Tyrėjai galiausiai nustatė daugiau nei 2000 atskirų dalelių, apskaičiuodami ne tik atskirų dalelių charakteristikas, tokias kaip dydis, forma ir paviršiaus šiurkštumas, bet ir tokias ypatybes kaip, kaip dažnai dalelės tiesiogiai kontaktavo viena su kita ir kiek dalelės pakeitė formą.

Tada jie pažvelgė į tai, kaip kiekviena savybė sukėlė dalelių suskaidymą, ir nustatė, kad po 10 įkrovimo ciklų didžiausi veiksniai buvo atskirų dalelių savybės, įskaitant dalelių sferiškumą ir dalelių tūrio ir paviršiaus ploto santykį. Tačiau po 50 ciklų dalelių skilimą paskatino poravimas ir grupės savybės, pavyzdžiui, kaip toli buvo dvi dalelės, kiek pasikeitė forma ir ar pailgesnės futbolo kamuolio formos dalelės buvo panašios.

"Priežastis nebėra tik pati dalelė, bet ir dalelių sąveika", - sakė Liu. Ši išvada yra svarbi, nes tai reiškia, kad gamintojai gali sukurti šių savybių kontrolės metodus. Pavyzdžiui, jie gali naudoti magnetinius ar elektrinius laukus. Naujausios išvados rodo, kad tai prailgins baterijos veikimo laiką.

Linas pridūrė: „Intensyviai tyrinėjome, kaip priversti elektromobilių baterijas efektyviai veikti greito įkrovimo ir žemos temperatūros sąlygomis. Mūsų laboratorija ne tik kuria naujas medžiagas, kurios gali sumažinti akumuliatoriaus sąnaudas naudojant pigesnes ir gausesnes žaliavas. Pradėjome tirti baterijų medžiagas ir jų reakciją į atšiaurią aplinką.