Studien finner nøkkelen til å forbedre batterilevetiden: Interaksjoner mellom partikler

I følge utenlandske medier har Feng Lin, en førsteamanuensis ved Institutt for kjemi ved Virginia Tech College of Science, og hans forskerteam funnet ut at tidlig batterinedbrytning ser ut til å være drevet av egenskapene til individuelle elektrodepartikler, men etter dusinvis av ladninger Etter looping er det viktigere hvordan disse partiklene passer sammen.

"Denne studien avslører hemmelighetene til hvordan man designer og produserer batterielektroder for lang batterisyklus," sa Lin. For tiden jobber Lins laboratorium med å redesigne batterielektroder for å skape hurtiglading, rimeligere, lengre levetid og miljøvennlig elektrodearkitektur.

0
Kommentar
samle
like
teknologi
Studien finner nøkkelen til å forbedre batterilevetiden: Interaksjoner mellom partikler
GasgooLiu Liting5小时前
I følge utenlandske medier har Feng Lin, en førsteamanuensis ved Institutt for kjemi ved Virginia Tech College of Science, og hans forskerteam funnet ut at tidlig batterinedbrytning ser ut til å være drevet av egenskapene til individuelle elektrodepartikler, men etter dusinvis av ladninger Etter looping er det viktigere hvordan disse partiklene passer sammen.

"Denne studien avslører hemmelighetene til hvordan man designer og produserer batterielektroder for lang batterisyklus," sa Lin. For tiden jobber Lins laboratorium med å redesigne batterielektroder for å skape hurtiglading, rimeligere, lengre levetid og miljøvennlig elektrodearkitektur.

Bildekilde: Feng Lin

"Når elektrodearkitekturen lar hver enkelt partikkel reagere raskt på elektriske signaler, vil vi ha en flott verktøykasse for raskt å lade batterier," sa Lin. "Vi er glade for å muliggjøre vår forståelse av neste generasjon av rimelige hurtigladende batterier. ”

Forskningen ble utført i samarbeid med det amerikanske energidepartementets SLAC National Accelerator Laboratory, Purdue University og European Synchrotron Radiation Facility. Zhengrui Xu og Dong Ho, postdoktorer i Lins laboratorium, er også medforfattere på papiret, og leder elektrodefabrikasjon, batterifabrikasjon og batteriytelsesmålinger, og bistår med røntgeneksperimenter og dataanalyse.

"De grunnleggende byggesteinene er disse partiklene som utgjør batterielektrodene, men når de skaleres opp, samhandler disse partiklene med hverandre," sa SLAC-forsker Yijin Liu, en stipendiat ved Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL). "Hvis du vil lage bedre batterier, må du vite hvordan du setter sammen partikler."

Som en del av studien brukte Lin, Liu og andre kolleger datasynsteknikker for å studere hvordan de enkelte partiklene som utgjør elektrodene til oppladbare batterier brytes ned over tid. Målet denne gangen er å studere ikke bare individuelle partikler, men også måtene de jobber sammen på for å forlenge eller redusere batterilevetiden. Det endelige målet er å lære nye måter å forlenge levetiden til batteridesign.

Som en del av studien studerte teamet batterikatoden med røntgenstråler. De brukte røntgentomografi for å rekonstruere et 3D-bilde av batteriets katode etter forskjellige ladesykluser. De kuttet deretter disse 3D-bildene i en serie 2D-skiver og brukte datasynsmetoder for å identifisere partiklene. I tillegg til Lin og Liu inkluderte studien SSRL-postdoktor Jizhou Li, professor i maskinteknikk ved Purdue University Keije Zhao og doktorgradsstudent ved Purdue University, Nikhil Sharma.

Forskerne identifiserte til slutt mer enn 2000 individuelle partikler, og beregnet ikke bare individuelle partikkelegenskaper som størrelse, form og overflateruhet, men også egenskaper som hvor ofte partiklene var i direkte kontakt med hverandre og hvor mye partiklene endret form.

Deretter så de på hvordan hver egenskap fikk partiklene til å bryte ned, og fant ut at etter 10 ladesykluser var de største faktorene egenskapene til de enkelte partiklene, inkludert hvor sfæriske partiklene var og forholdet mellom partikkelvolum og overflateareal. Etter 50 sykluser drev imidlertid sammenkoblings- og gruppeegenskaper partikkelnedbrytningen - for eksempel hvor langt fra hverandre de to partiklene var, hvor mye formen endret seg, og om de mer langstrakte fotballballformede partiklene hadde lignende orienteringer.

"Årsaken er ikke lenger bare partikkelen i seg selv, men partikkel-partikkel-interaksjonen," sa Liu. Dette funnet er viktig fordi det betyr at produsenter kan utvikle teknikker for å kontrollere disse egenskapene. For eksempel kan de være i stand til å bruke magnetiske eller elektriske felt. Justerer de langstrakte partiklene med hverandre, de siste funnene tyder på at dette vil forlenge batterilevetiden."

Lin la til: "Vi har undersøkt intensivt hvordan vi kan få EV-batterier til å fungere effektivt under hurtiglading og lave temperaturforhold. I tillegg til å designe nye materialer som kan redusere batterikostnadene ved å bruke billigere og mer rikelige råvarer, har laboratoriet vårt også vært en pågående innsats for å forstå batteriadferd bort fra likevekt. Vi har begynt å studere batterimaterialer og deres reaksjon på tøffe miljøer.»