Badanie wykazało klucz do wydłużenia żywotności baterii: interakcje między cząsteczkami

Według doniesień zagranicznych mediów Feng Lin, profesor nadzwyczajny na Wydziale Chemii Virginia Tech College of Science, wraz z zespołem badawczym odkrył, że wczesny rozpad baterii wydaje się wynikać z właściwości poszczególnych cząstek elektrody, ale po kilkudziesięciu ładunkach Po zapętleniu ważniejsze jest to, jak te cząstki pasują do siebie.

„To badanie odkrywa tajemnice projektowania i wytwarzania elektrod akumulatorowych zapewniających długą żywotność akumulatora” – powiedział Lin. Obecnie laboratorium Lin pracuje nad przeprojektowaniem elektrod akumulatorowych, aby stworzyć architekturę elektrod umożliwiającą szybkie ładowanie, tańszą, dłuższą żywotność i przyjazną dla środowiska.

0
Komentarz
zbierać
tak jak
technologia
Badanie wykazało klucz do wydłużenia żywotności baterii: interakcje między cząsteczkami
GasgooLiu Liting5 wersji
Według doniesień zagranicznych mediów Feng Lin, profesor nadzwyczajny na Wydziale Chemii Virginia Tech College of Science, wraz z zespołem badawczym odkrył, że wczesny rozpad baterii wydaje się wynikać z właściwości poszczególnych cząstek elektrody, ale po kilkudziesięciu ładunkach Po zapętleniu ważniejsze jest to, jak te cząstki pasują do siebie.

„To badanie odkrywa tajemnice projektowania i wytwarzania elektrod akumulatorowych zapewniających długą żywotność akumulatora” – powiedział Lin. Obecnie laboratorium Lin pracuje nad przeprojektowaniem elektrod akumulatorowych, aby stworzyć architekturę elektrod umożliwiającą szybkie ładowanie, tańszą, dłuższą żywotność i przyjazną dla środowiska.

Źródło obrazu: Feng Lin

„Kiedy architektura elektrod umożliwi każdej cząstce szybką reakcję na sygnały elektryczne, będziemy mieli świetny zestaw narzędzi do szybkiego ładowania akumulatorów” – powiedział Lin. „Jesteśmy podekscytowani możliwością umożliwienia nam zrozumienia nowej generacji tanich, szybko ładujących się akumulatorów. ”

Badania przeprowadzono we współpracy z Narodowym Laboratorium Akceleratorów SLAC Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, Uniwersytetem Purdue i Europejskim Ośrodkiem Promieniowania Synchrotronowego. Zhengrui Xu i Dong Ho, stażyści podoktorscy w laboratorium Lin, są także współautorami artykułu, kierując produkcją elektrod, produkcją baterii i pomiarami wydajności baterii, a także pomagając w eksperymentach rentgenowskich i analizie danych.

„Podstawowymi elementami składowymi są cząstki tworzące elektrody akumulatora, ale po powiększeniu cząstki te oddziałują ze sobą” – powiedział naukowiec z SLAC, Yijin Liu, pracownik Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL). „Jeśli chcesz produkować lepsze baterie, musisz wiedzieć, jak łączyć cząstki”.

W ramach badania Lin, Liu i inni współpracownicy wykorzystali techniki widzenia komputerowego, aby zbadać, w jaki sposób poszczególne cząstki tworzące elektrody akumulatorów rozkładają się z biegiem czasu. Tym razem celem jest zbadanie nie tylko pojedynczych cząstek, ale także sposobów, w jakie współdziałają, aby wydłużyć lub skrócić żywotność baterii. Ostatecznym celem jest poznanie nowych sposobów wydłużania żywotności konstrukcji akumulatorów.

W ramach badań zespół zbadał katodę akumulatora za pomocą promieni rentgenowskich. Wykorzystali tomografię rentgenowską do zrekonstruowania trójwymiarowego obrazu katody akumulatora po różnych cyklach ładowania. Następnie pocięli te obrazy 3D na serię wycinków 2D i wykorzystali metody widzenia komputerowego do identyfikacji cząstek. Oprócz Lin i Liu w badaniu uczestniczyli Jizhou Li, badacz z tytułem doktora SSRL, profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Purdue Keije Zhao i absolwent Uniwersytetu Purdue Nikhil Sharma.

Ostatecznie badacze zidentyfikowali ponad 2000 pojedynczych cząstek, obliczając nie tylko indywidualne cechy cząstek, takie jak rozmiar, kształt i chropowatość powierzchni, ale także takie cechy, jak częstotliwość bezpośredniego kontaktu cząstek ze sobą i stopień zmiany kształtu cząstek.

Następnie sprawdzili, w jaki sposób każda właściwość powoduje rozkład cząstek i odkryła, że ​​po 10 cyklach ładowania najważniejszymi czynnikami były właściwości poszczególnych cząstek, w tym ich kulistość i stosunek objętości cząstek do pola powierzchni. Jednak po 50 cyklach właściwości parowania i grupowania wpływały na rozkład cząstek – na przykład odległość od siebie obu cząstek, stopień zmiany kształtu i to, czy bardziej wydłużone cząstki w kształcie piłki nożnej miały podobną orientację.

„Powodem nie jest już sama cząstka, ale interakcja cząstka-cząstka” – powiedział Liu. To odkrycie jest ważne, ponieważ oznacza, że ​​producenci mogą opracować techniki kontrolowania tych właściwości. Na przykład mogliby wykorzystać pola magnetyczne lub elektryczne. Najnowsze odkrycia sugerują, że wydłuży to żywotność baterii. Wyrównanie ze sobą wydłużonych cząstek”.

Lin dodał: „Intensywnie badamy, jak zapewnić wydajną pracę akumulatorów pojazdów elektrycznych w warunkach szybkiego ładowania i niskiej temperatury. Oprócz projektowania nowych materiałów, które mogą obniżyć koszty baterii poprzez wykorzystanie tańszych i powszechniejszych surowców, nasze laboratorium podejmuje również ciągłe wysiłki, aby zrozumieć zachowanie baterii poza stanem równowagi. Zaczęliśmy badać materiały akumulatorów i ich reakcję na trudne warunki.”