Estudo encontra chave para melhorar a vida útil da bateria: interações entre partículas

De acordo com relatos da mídia estrangeira, Feng Lin, professor associado do Departamento de Química da Virginia Tech College of Science, e sua equipe de pesquisa descobriram que a deterioração precoce da bateria parece ser impulsionada pelas propriedades das partículas individuais dos eletrodos, mas após dezenas de cargas Após o loop, como essas partículas se encaixam é mais importante.

“Este estudo revela os segredos de como projetar e fabricar eletrodos de bateria para um longo ciclo de vida da bateria”, disse Lin. Atualmente, o laboratório de Lin está trabalhando no redesenho dos eletrodos da bateria para criar uma arquitetura de eletrodos de carregamento rápido, de baixo custo, com vida mais longa e ecologicamente correta.

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Estudo encontra chave para melhorar a vida útil da bateria: interações entre partículas
GasgooLiu Liting5小时前
De acordo com relatos da mídia estrangeira, Feng Lin, professor associado do Departamento de Química da Virginia Tech College of Science, e sua equipe de pesquisa descobriram que a deterioração precoce da bateria parece ser impulsionada pelas propriedades das partículas individuais dos eletrodos, mas após dezenas de cargas Após o loop, como essas partículas se encaixam é mais importante.

“Este estudo revela os segredos de como projetar e fabricar eletrodos de bateria para um longo ciclo de vida da bateria”, disse Lin. Atualmente, o laboratório de Lin está trabalhando no redesenho dos eletrodos da bateria para criar uma arquitetura de eletrodos de carregamento rápido, de baixo custo, com vida mais longa e ecologicamente correta.

Fonte da imagem: Feng Lin

“Quando a arquitetura do eletrodo permitir que cada partícula individual responda rapidamente aos sinais elétricos, teremos uma excelente caixa de ferramentas para carregar baterias rapidamente”, disse Lin. “Estamos entusiasmados em permitir a nossa compreensão da próxima geração de baterias de carregamento rápido e de baixo custo. ”

A pesquisa foi conduzida em colaboração com o Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia dos EUA, a Universidade de Purdue e o Centro Europeu de Radiação Síncrotron. Zhengrui Xu e Dong Ho, bolsistas de pós-doutorado no laboratório de Lin, também são coautores do artigo, liderando a fabricação de eletrodos, fabricação de baterias e medições de desempenho de baterias, além de auxiliar em experimentos de raios-X e análise de dados.

“Os blocos de construção básicos são essas partículas que constituem os eletrodos da bateria, mas quando ampliadas, essas partículas interagem entre si”, disse o cientista do SLAC Yijin Liu, pesquisador da Fonte de Luz de Radiação Síncrotron de Stanford (SSRL). “Se você quiser fazer baterias melhores, você precisa saber como juntar as partículas.”

Como parte do estudo, Lin, Liu e outros colegas usaram técnicas de visão computacional para estudar como as partículas individuais que compõem os eletrodos das baterias recarregáveis ​​se decompõem ao longo do tempo. O objetivo desta vez é estudar não apenas partículas individuais, mas também as formas como elas trabalham juntas para prolongar ou reduzir a vida útil da bateria. O objetivo final é aprender novas maneiras de prolongar a vida útil dos projetos de baterias.

Como parte do estudo, a equipe estudou o cátodo da bateria com raios X. Eles usaram tomografia de raios X para reconstruir uma imagem 3D do cátodo da bateria após diferentes ciclos de carregamento. Eles então cortaram essas imagens 3D em uma série de fatias 2D e usaram métodos de visão computacional para identificar as partículas. Além de Lin e Liu, o estudo incluiu o pesquisador de pós-doutorado da SSRL, Jizhou Li, o professor de engenharia mecânica da Purdue University, Keije Zhao, e o estudante de pós-graduação da Purdue University, Nikhil Sharma.

Os pesquisadores finalmente identificaram mais de 2.000 partículas individuais, calculando não apenas as características individuais das partículas, como tamanho, forma e rugosidade da superfície, mas também características como a frequência com que as partículas estiveram em contato direto umas com as outras e o quanto as partículas mudaram de forma.

Em seguida, eles analisaram como cada propriedade causava a quebra das partículas e descobriram que, após 10 ciclos de carga, os maiores fatores eram as propriedades das partículas individuais, incluindo o quão esféricas eram as partículas e a proporção entre o volume das partículas e a área de superfície. Após 50 ciclos, no entanto, as propriedades de emparelhamento e de grupo impulsionaram a decomposição das partículas – como a distância entre as duas partículas, o quanto a forma mudou e se as partículas mais alongadas em forma de bola de futebol tinham orientações semelhantes.

“A razão não é mais apenas a partícula em si, mas a interação partícula-partícula”, disse Liu. Esta descoberta é importante porque significa que os fabricantes podem desenvolver técnicas para controlar estas propriedades. Por exemplo, eles podem ser capazes de usar campos magnéticos ou elétricos Alinhando as partículas alongadas umas com as outras, as últimas descobertas sugerem que isso prolongará a vida útil da bateria.”

Lin acrescentou: “Temos pesquisado intensamente como fazer as baterias EV funcionarem de forma eficiente sob carregamento rápido e condições de baixa temperatura. Além de projetar novos materiais que podem reduzir os custos das baterias usando matérias-primas mais baratas e abundantes, nosso laboratório também tem feito um esforço contínuo para entender o comportamento das baterias fora do equilíbrio. Começamos a estudar os materiais das baterias e sua resposta a ambientes agressivos.”