Исследование обнаружило ключ к увеличению срока службы батареи: взаимодействие между частицами

По сообщениям зарубежных СМИ, Фэн Линь, доцент кафедры химии Технологического колледжа Вирджинии, и его исследовательская группа обнаружили, что ранний распад батареи, по-видимому, обусловлен свойствами отдельных частиц электрода, но после десятков зарядов После зацикливания более важным становится то, как эти частицы соединяются друг с другом.

«Это исследование раскрывает секреты проектирования и изготовления аккумуляторных электродов, обеспечивающих длительный срок службы батареи», — сказал Лин. В настоящее время лаборатория Лина работает над модернизацией аккумуляторных электродов, чтобы создать быстро заряжаемую, более дешевую, долговечную и экологически чистую архитектуру электродов.

0
Комментарий
собирать
нравиться
технология
Исследование обнаружило ключ к увеличению срока службы батареи: взаимодействие между частицами
GasgooLiu Liting5小时前
По сообщениям зарубежных СМИ, Фэн Линь, доцент кафедры химии Технологического колледжа Вирджинии, и его исследовательская группа обнаружили, что ранний распад батареи, по-видимому, обусловлен свойствами отдельных частиц электрода, но после десятков зарядов После зацикливания более важным становится то, как эти частицы соединяются друг с другом.

«Это исследование раскрывает секреты проектирования и изготовления аккумуляторных электродов, обеспечивающих длительный срок службы батареи», — сказал Лин. В настоящее время лаборатория Лина работает над модернизацией аккумуляторных электродов, чтобы создать быстро заряжаемую, более дешевую, долговечную и экологически чистую архитектуру электродов.

Источник изображения: Фэн Линь

«Когда архитектура электродов позволит каждой отдельной частице быстро реагировать на электрические сигналы, у нас будет отличный набор инструментов для быстрой зарядки батарей», — сказал Лин. «Мы очень рады возможности получить представление о следующем поколении недорогих аккумуляторов с быстрой зарядкой. »

Исследование проводилось в сотрудничестве с Национальной ускорительной лабораторией SLAC Министерства энергетики США, Университетом Пердью и Европейской лабораторией синхротронного излучения. Чжэнруй Сюй и Донг Хо, научные сотрудники лаборатории Линя, также являются соавторами статьи, возглавляя производство электродов, изготовление батарей и измерения характеристик батарей, а также помогая в рентгеновских экспериментах и ​​анализе данных.

«Основными строительными блоками являются частицы, из которых состоят электроды батареи, но при увеличении эти частицы взаимодействуют друг с другом», — сказал ученый SLAC Иджин Лю, научный сотрудник Стэнфордского источника синхротронного излучения света (SSRL). «Если вы хотите создавать более качественные батареи, вам нужно знать, как соединять частицы».

В рамках исследования Линь, Лю и другие коллеги использовали методы компьютерного зрения, чтобы изучить, как отдельные частицы, составляющие электроды перезаряжаемых батарей, со временем разрушаются. Цель на этот раз — изучить не только отдельные частицы, но и то, как они работают вместе, продлевая или сокращая срок службы батареи. Конечная цель — изучить новые способы продления срока службы батарей.

В рамках исследования команда изучила катод батареи с помощью рентгеновских лучей. Они использовали рентгеновскую томографию, чтобы восстановить трехмерное изображение катода батареи после различных циклов зарядки. Затем они разрезали эти 3D-изображения на серию 2D-срезов и использовали методы компьютерного зрения для идентификации частиц. Помимо Линя и Лю, в исследовании приняли участие постдокторант SSRL Джичжоу Ли, профессор машиностроения Университета Пердью Кейдже Чжао и аспирант Университета Пердью Нихил Шарма.

В конечном итоге исследователи идентифицировали более 2000 отдельных частиц, рассчитав не только характеристики отдельных частиц, такие как размер, форма и шероховатость поверхности, но также такие характеристики, как частота непосредственного контакта частиц друг с другом и степень изменения формы частиц.

Затем они изучили, как каждое свойство вызывает разрушение частиц, и обнаружили, что после 10 циклов зарядки наиболее важными факторами стали свойства отдельных частиц, в том числе сферичность частиц и соотношение объема частиц к площади поверхности. Однако после 50 циклов разложение частиц было обусловлено спариванием и групповыми свойствами — например, насколько далеко друг от друга находились две частицы, насколько изменилась форма и имели ли более вытянутые частицы в форме футбольного мяча схожую ориентацию.

«Причина уже не в самой частице, а во взаимодействии частиц», — сказал Лю. Этот вывод важен, поскольку означает, что производители могут разрабатывать методы контроля этих свойств. Например, они смогут использовать магнитные или электрические поля. Последние данные позволяют выровнять вытянутые частицы друг относительно друга, что продлит срок службы батареи».

Лин добавил: «Мы интенсивно исследуем, как заставить аккумуляторы электромобилей работать эффективно в условиях быстрой зарядки и низких температур. Помимо разработки новых материалов, которые могут снизить стоимость аккумуляторов за счет использования более дешевого и распространенного сырья, наша лаборатория также постоянно пытается понять поведение аккумуляторов вдали от равновесия. Мы начали изучать материалы аккумуляторов и их реакцию на суровые условия».