Pētījumā atrasts galvenais, lai uzlabotu akumulatora darbības laiku: daļiņu mijiedarbība

Saskaņā ar ārvalstu plašsaziņas līdzekļu ziņojumiem, Virdžīnijas Tehniskās Zinātņu koledžas Ķīmijas katedras asociētais profesors Fens Lins un viņa pētnieku grupa atklāja, ka akumulatora agrīnu sabrukšanu, šķiet, ir izraisījušas atsevišķu elektrodu daļiņu īpašības, bet pēc desmitiem uzlādēšanas. Pēc cilpas daudz svarīgāk ir tas, kā šīs daļiņas sader kopā.

"Šis pētījums atklāj noslēpumus, kā projektēt un izgatavot akumulatora elektrodus, lai nodrošinātu ilgu akumulatora darbības laiku," sacīja Lins. Pašlaik Lin laboratorija strādā pie akumulatora elektrodu pārprojektēšanas, lai izveidotu ātru uzlādi, zemāku izmaksu, ilgāku kalpošanas laiku un videi draudzīgu elektrodu arhitektūru.

0
komentēt
savākt
patīk
tehnoloģija
Pētījumā atrasts galvenais, lai uzlabotu akumulatora darbības laiku: daļiņu mijiedarbība
GasgooLiu Liting5小时前
Saskaņā ar ārvalstu plašsaziņas līdzekļu ziņojumiem, Virdžīnijas Tehniskās Zinātņu koledžas Ķīmijas katedras asociētais profesors Fens Lins un viņa pētnieku grupa atklāja, ka akumulatora agrīnu sabrukšanu, šķiet, ir izraisījušas atsevišķu elektrodu daļiņu īpašības, bet pēc desmitiem uzlādēšanas. Pēc cilpas daudz svarīgāk ir tas, kā šīs daļiņas sader kopā.

"Šis pētījums atklāj noslēpumus, kā projektēt un izgatavot akumulatora elektrodus, lai nodrošinātu ilgu akumulatora darbības laiku," sacīja Lins. Pašlaik Lin laboratorija strādā pie akumulatora elektrodu pārprojektēšanas, lai izveidotu ātru uzlādi, zemāku izmaksu, ilgāku kalpošanas laiku un videi draudzīgu elektrodu arhitektūru.

Attēla avots: Feng Lin

"Kad elektrodu arhitektūra ļauj katrai atsevišķai daļiņai ātri reaģēt uz elektriskajiem signāliem, mums būs lielisks rīku komplekts, lai ātri uzlādētu akumulatorus," sacīja Lins. “Mēs esam priecīgi, ka varam izprast nākamās paaudzes zemu izmaksu ātrās uzlādes akumulatorus. ”

Pētījums tika veikts sadarbībā ar ASV Enerģētikas departamenta SLAC Nacionālo paātrinātāju laboratoriju, Purdjū universitāti un Eiropas Sinhrotronu starojuma iekārtu. Zhengrui Xu un Dong Ho, pēcdoktorantūras stipendiāti Lina laboratorijā, ir arī šī papīra līdzautori, vada elektrodu izgatavošanu, bateriju izgatavošanu un akumulatora veiktspējas mērījumus, kā arī palīdz rentgena eksperimentos un datu analīzē.

"Pamatelementi ir šīs daļiņas, kas veido akumulatoru elektrodus, bet, ja tās tiek palielinātas, tās mijiedarbojas viena ar otru," sacīja SLAC zinātnieks Jijins Liu, Stenfordas sinhronā starojuma gaismas avota (SSRL) līdzstrādnieks. "Ja vēlaties izgatavot labākas baterijas, jums jāzina, kā savienot daļiņas."

Pētījuma ietvaros Lins, Liu un citi kolēģi izmantoja datorredzes metodes, lai pētītu, kā atsevišķas daļiņas, kas veido uzlādējamo bateriju elektrodus, laika gaitā sadalās. Šoreiz mērķis ir izpētīt ne tikai atsevišķas daļiņas, bet arī veidus, kā tās darbojas kopā, lai pagarinātu vai samazinātu akumulatora darbības laiku. Galīgais mērķis ir apgūt jaunus veidus, kā pagarināt akumulatoru konstrukcijas kalpošanas laiku.

Pētījuma ietvaros komanda pētīja akumulatora katodu ar rentgena stariem. Viņi izmantoja rentgena tomogrāfiju, lai pēc dažādiem uzlādes cikliem atjaunotu akumulatora katoda 3D attēlu. Pēc tam viņi šos 3D attēlus sagrieza 2D šķēlēs un izmantoja datorredzes metodes, lai identificētu daļiņas. Papildus Linam un Liu pētījumā tika iekļauts SSRL pēcdoktorantūras pētnieks Jizhou Li, Purdue universitātes mašīnbūves profesors Keije Zhao un Purdue universitātes absolvents Nikhils Sharma.

Pētnieki galu galā identificēja vairāk nekā 2000 atsevišķu daļiņu, aprēķinot ne tikai atsevišķu daļiņu īpašības, piemēram, izmēru, formu un virsmas raupjumu, bet arī tādas pazīmes kā, piemēram, cik bieži daļiņas bija tiešā saskarē viena ar otru un cik lielā mērā daļiņas mainīja formu.

Pēc tam viņi aplūkoja, kā katra īpašība izraisīja daļiņu sadalīšanos, un konstatēja, ka pēc 10 uzlādes cikliem lielākie faktori bija atsevišķu daļiņu īpašības, tostarp daļiņu sfēriskums un daļiņu tilpuma attiecība pret virsmas laukumu. Tomēr pēc 50 cikliem daļiņu sadalīšanos izraisīja savienošanās pārī un grupas īpašības, piemēram, cik tālu viena no otras atradās abas daļiņas, cik lielā mērā mainījās forma un vai iegarenākām futbola bumbas formas daļiņām bija līdzīga orientācija.

"Iemesls vairs nav tikai pati daļiņa, bet arī daļiņu mijiedarbība," sacīja Liu. Šis atklājums ir svarīgs, jo tas nozīmē, ka ražotāji var izstrādāt metodes šo īpašību kontrolei. Piemēram, viņi varētu izmantot magnētiskos vai elektriskos laukus. Saskaņojot iegarenās daļiņas viena ar otru, jaunākie atklājumi liecina, ka tas pagarinās akumulatora darbības laiku.

Lins piebilda: “Mēs esam intensīvi pētījuši, kā panākt, lai EV akumulatori darbotos efektīvi ātras uzlādes un zemas temperatūras apstākļos. Papildus jaunu materiālu izstrādei, kas var samazināt akumulatoru izmaksas, izmantojot lētākus un bagātīgākus izejmateriālus, mūsu laboratorija ir arī nepārtraukti centusies izprast akumulatora darbību, kas nav līdzsvara stāvoklī. Mēs esam sākuši pētīt akumulatoru materiālus un to reakciju uz skarbu vidi.