Volgens berichten in de buitenlandse media ontdekten Feng Lin, universitair hoofddocent bij de afdeling scheikunde aan het Virginia Tech College of Science, en zijn onderzoeksteam dat vroegtijdig batterijverval lijkt te worden veroorzaakt door de eigenschappen van individuele elektrodedeeltjes, maar na tientallen keren opladen Na het lussen is het belangrijker hoe die deeltjes in elkaar passen.
"Deze studie onthult de geheimen van het ontwerpen en vervaardigen van batterij-elektroden voor een lange levensduur van de batterij", zegt Lin. Momenteel werkt Lin's laboratorium aan het opnieuw ontwerpen van batterij-elektroden om snel opladende, goedkopere, langere levensduur en milieuvriendelijke elektrode-architectuur te creëren.
0
Opmerking
verzamelen
leuk vinden
technologie
Onderzoek vindt de sleutel tot het verbeteren van de levensduur van de batterij: interacties tussen deeltjes
GasgooLiu Liting5小时前
Volgens berichten in de buitenlandse media ontdekten Feng Lin, universitair hoofddocent bij de afdeling scheikunde aan het Virginia Tech College of Science, en zijn onderzoeksteam dat vroegtijdig batterijverval lijkt te worden veroorzaakt door de eigenschappen van individuele elektrodedeeltjes, maar na tientallen keren opladen Na het lussen is het belangrijker hoe die deeltjes in elkaar passen.
"Deze studie onthult de geheimen van het ontwerpen en vervaardigen van batterij-elektroden voor een lange levensduur van de batterij", zegt Lin. Momenteel werkt Lin's laboratorium aan het opnieuw ontwerpen van batterij-elektroden om snel opladende, goedkopere, langere levensduur en milieuvriendelijke elektrode-architectuur te creëren.
Bron afbeelding: Feng Lin
"Als de elektrode-architectuur ervoor zorgt dat elk individueel deeltje snel op elektrische signalen kan reageren, hebben we een geweldige gereedschapskist om batterijen snel op te laden", aldus Lin. “We zijn verheugd om ons inzicht in de volgende generatie goedkope snellaadbatterijen mogelijk te maken. ”
Het onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met het SLAC National Accelerator Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie, Purdue University en de European Synchrotron Radiation Facility. Zhengrui Xu en Dong Ho, postdoctorale fellows in het laboratorium van Lin, zijn ook co-auteurs van het artikel, leiden de fabricage van elektroden, batterijfabricage en metingen van batterijprestaties, en assisteren bij röntgenexperimenten en data-analyse.
“De basisbouwstenen zijn deze deeltjes waaruit batterijelektroden bestaan, maar wanneer ze worden opgeschaald, interageren deze deeltjes met elkaar”, zegt SLAC-wetenschapper Yijin Liu, een fellow bij de Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL). “Als je betere batterijen wilt maken, moet je weten hoe je deeltjes bij elkaar moet brengen.”
Als onderdeel van het onderzoek gebruikten Lin, Liu en andere collega's computer vision-technieken om te bestuderen hoe de individuele deeltjes waaruit de elektroden van oplaadbare batterijen bestaan, in de loop van de tijd afbreken. Het doel deze keer is om niet alleen individuele deeltjes te bestuderen, maar ook de manieren waarop ze samenwerken om de levensduur van de batterij te verlengen of te verkorten. Het uiteindelijke doel is om nieuwe manieren te leren om de levensduur van batterijontwerpen te verlengen.
Als onderdeel van het onderzoek bestudeerde het team de batterijkathode met röntgenstralen. Ze gebruikten röntgentomografie om een 3D-beeld van de kathode van de batterij te reconstrueren na verschillende oplaadcycli. Vervolgens sneden ze deze 3D-afbeeldingen in een reeks 2D-plakken en gebruikten ze computer vision-methoden om de deeltjes te identificeren. Naast Lin en Liu omvatte de studie ook postdoctoraal onderzoeker Jizhou Li van de SSRL, professor Keije Zhao, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Purdue University, en afgestudeerde student Nikhil Sharma aan de Purdue University.
De onderzoekers identificeerden uiteindelijk meer dan 2.000 individuele deeltjes, waarbij ze niet alleen individuele deeltjeskarakteristieken zoals grootte, vorm en oppervlakteruwheid berekenden, maar ook kenmerken zoals hoe vaak de deeltjes in direct contact met elkaar waren en hoeveel de deeltjes van vorm veranderden.
Vervolgens keken ze hoe elke eigenschap ervoor zorgde dat de deeltjes afbraken, en ontdekten dat na tien oplaadcycli de eigenschappen van de individuele deeltjes de grootste factoren waren, inclusief hoe bolvormig de deeltjes waren en de verhouding tussen het deeltjesvolume en het oppervlak. Na vijftig cycli waren het echter de paring- en groepseigenschappen die de ontbinding van de deeltjes veroorzaakten, zoals hoe ver de twee deeltjes uit elkaar waren, hoeveel de vorm veranderde en of de meer langwerpige voetbalvormige deeltjes vergelijkbare oriëntaties hadden.
"De reden is niet langer alleen het deeltje zelf, maar de interactie tussen deeltjes", zei Liu. Deze bevinding is belangrijk omdat het betekent dat fabrikanten technieken kunnen ontwikkelen om deze eigenschappen te controleren. Ze zouden bijvoorbeeld magnetische of elektrische velden kunnen gebruiken. Door de langwerpige deeltjes met elkaar uit te lijnen, suggereren de laatste bevindingen dat dit de levensduur van de batterij zal verlengen.”
Lin voegde hieraan toe: “We hebben intensief onderzoek gedaan naar hoe we EV-batterijen efficiënt kunnen laten werken onder snel opladen en lage temperaturen. Naast het ontwerpen van nieuwe materialen die de kosten van batterijen kunnen verlagen door het gebruik van goedkopere en overvloedigere grondstoffen, is ons laboratorium ook voortdurend bezig geweest om het gedrag van batterijen te begrijpen als ze niet in evenwicht zijn. We zijn begonnen met het bestuderen van batterijmaterialen en hun reactie op zware omstandigheden.”
Posttijd: 29 april 2022