Studiul găsește cheia pentru îmbunătățirea duratei de viață a bateriei: interacțiunile dintre particule

Potrivit rapoartelor presei străine, Feng Lin, profesor asociat la Departamentul de Chimie de la Virginia Tech College of Science, și echipa sa de cercetare au descoperit că degradarea timpurie a bateriei pare să fie determinată de proprietățile particulelor de electrozi individuale, dar după zeci de încărcări. După loop, modul în care aceste particule se potrivesc este mai important.

„Acest studiu dezvăluie secretele modului de proiectare și fabricare a electrozilor bateriei pentru un ciclu de viață lung al bateriei”, a spus Lin. În prezent, laboratorul lui Lin lucrează la reproiectarea electrozilor bateriei pentru a crea o arhitectură de electrozi cu încărcare rapidă, cu costuri mai mici, cu durată de viață mai lungă și ecologică.

0
Comentariu
colecta
ca
tehnologie
Studiul găsește cheia pentru îmbunătățirea duratei de viață a bateriei: interacțiunile dintre particule
GasgooLiu Liting5小时前
Potrivit rapoartelor presei străine, Feng Lin, profesor asociat la Departamentul de Chimie de la Virginia Tech College of Science, și echipa sa de cercetare au descoperit că degradarea timpurie a bateriei pare să fie determinată de proprietățile particulelor de electrozi individuale, dar după zeci de încărcări. După loop, modul în care acele particule se potrivesc este mai important.

„Acest studiu dezvăluie secretele modului de proiectare și fabricare a electrozilor bateriei pentru un ciclu de viață lung al bateriei”, a spus Lin. În prezent, laboratorul lui Lin lucrează la reproiectarea electrozilor bateriei pentru a crea o arhitectură de electrozi cu încărcare rapidă, cu costuri mai mici, cu durată de viață mai lungă și ecologică.

Sursa imagine: Feng Lin

„Atunci când arhitectura electrodului permite fiecărei particule individuale să răspundă rapid la semnalele electrice, vom avea o cutie de instrumente grozavă pentru a încărca rapid bateriile”, a spus Lin. „Suntem încântați să ne permitem înțelegerea următoarei generații de baterii cu încărcare rapidă la preț redus. ”

Cercetarea a fost realizată în colaborare cu Laboratorul Național de Accelerator SLAC al Departamentului de Energie al SUA, Universitatea Purdue și Facilitatea Europeană de Radiație Sincrotron. Zhengrui Xu și Dong Ho, bursieri postdoctorali în laboratorul lui Lin, sunt, de asemenea, co-autori ai lucrării, conducând fabricarea electrozilor, fabricarea bateriilor și măsurătorile performanței bateriilor și asistând la experimente cu raze X și analiza datelor.

„Piedele de bază sunt aceste particule care alcătuiesc electrozii bateriei, dar atunci când sunt mărite, aceste particule interacționează între ele”, a spus cercetătorul SLAC Yijin Liu, coleg la Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL). „Dacă doriți să faceți baterii mai bune, trebuie să știți cum să puneți particulele împreună.”

Ca parte a studiului, Lin, Liu și alți colegi au folosit tehnici de viziune computerizată pentru a studia modul în care particulele individuale care alcătuiesc electrozii bateriilor reîncărcabile se descompun în timp. Scopul de această dată este de a studia nu doar particulele individuale, ci și modurile în care acestea lucrează împreună pentru a extinde sau reduce durata de viață a bateriei. Scopul final este de a învăța noi modalități de a prelungi durata de viață a modelelor de baterii.

Ca parte a studiului, echipa a studiat catodul bateriei cu raze X. Ei au folosit tomografia cu raze X pentru a reconstrui o imagine 3D a catodului bateriei după diferite cicluri de încărcare. Apoi au tăiat aceste imagini 3D într-o serie de felii 2D și au folosit metode de viziune computerizată pentru a identifica particulele. Pe lângă Lin și Liu, studiul a inclus cercetătorul postdoctoral SSRL Jizhou Li, profesorul de inginerie mecanică de la Universitatea Purdue, Keije Zhao, și studentul absolvent al Universității Purdue, Nikhil Sharma.

Cercetătorii au identificat în cele din urmă peste 2.000 de particule individuale, calculând nu numai caracteristicile individuale ale particulelor, cum ar fi dimensiunea, forma și rugozitatea suprafeței, ci și caracteristici precum cât de des particulele au fost în contact direct unele cu altele și cât de mult și-au schimbat forma particulele.

Apoi, au analizat modul în care fiecare proprietate a determinat descompunerea particulelor și au descoperit că, după 10 cicluri de încărcare, cei mai mari factori au fost proprietățile particulelor individuale, inclusiv cât de sferice erau particulele și raportul dintre volumul particulelor și suprafața suprafeței. După 50 de cicluri, totuși, proprietățile de împerechere și grup au determinat descompunerea particulelor - cum ar fi cât de departe erau cele două particule, cât de mult s-a schimbat forma și dacă particulele mai alungite în formă de minge de fotbal au avut orientări similare.

„Motivul nu mai este doar particula în sine, ci interacțiunea particule-particulă”, a spus Liu. Această constatare este importantă deoarece înseamnă că producătorii pot dezvolta tehnici pentru a controla aceste proprietăți. De exemplu, ar putea folosi câmpuri magnetice sau electrice. Aliniind particulele alungite între ele, ultimele descoperiri sugerează că acest lucru va prelungi durata de viață a bateriei.”

Lin a adăugat: „Am cercetat intens cum să facem ca bateriile EV să funcționeze eficient în condiții de încărcare rapidă și temperaturi scăzute. Pe lângă proiectarea de noi materiale care pot reduce costurile bateriei prin utilizarea de materii prime mai ieftine și mai abundente, laboratorul nostru a depus, de asemenea, un efort continuu pentru a înțelege comportamentul bateriei departe de echilibru. Am început să studiem materialele bateriilor și răspunsul lor la medii dure.”