Štúdia nachádza kľúč k zlepšeniu životnosti batérie: Interakcie medzi časticami

Podľa správ zahraničných médií Feng Lin, docent na oddelení chémie na Virginia Tech College of Science, a jeho výskumný tím zistili, že skorý rozpad batérie je zrejme poháňaný vlastnosťami jednotlivých častíc elektród, ale po desiatkach nabití Po slučke je dôležitejšie, ako tieto častice do seba zapadajú.

„Táto štúdia odhaľuje tajomstvá toho, ako navrhnúť a vyrobiť elektródy batérie pre dlhú životnosť batérie,“ povedal Lin. V súčasnosti laboratórium Lin pracuje na prepracovaní batériových elektród s cieľom vytvoriť rýchlonabíjaciu, lacnejšiu, dlhšiu životnosť a ekologickú elektródovú architektúru.

0
Komentujte
zbierať
ako
technológie
Štúdia nachádza kľúč k zlepšeniu životnosti batérie: Interakcie medzi časticami
GasgooLiu Liting5小时前
Podľa správ zahraničných médií Feng Lin, docent na oddelení chémie na Virginia Tech College of Science, a jeho výskumný tím zistili, že skorý rozpad batérie je zrejme poháňaný vlastnosťami jednotlivých častíc elektród, ale po desiatkach nabití Po slučke je dôležitejšie, ako tieto častice do seba zapadajú.

„Táto štúdia odhaľuje tajomstvá toho, ako navrhnúť a vyrobiť elektródy batérie pre dlhú životnosť batérie,“ povedal Lin. V súčasnosti laboratórium Lin pracuje na prepracovaní batériových elektród s cieľom vytvoriť rýchlonabíjaciu, lacnejšiu, dlhšiu životnosť a ekologickú elektródovú architektúru.

Zdroj obrázkov: Feng Lin

„Keď architektúra elektród umožní každej jednotlivej častici rýchlo reagovať na elektrické signály, budeme mať skvelú súpravu nástrojov na rýchle nabíjanie batérií,“ povedal Lin. „Sme nadšení, že môžeme pochopiť novú generáciu lacných rýchlonabíjacích batérií. “

Výskum sa uskutočnil v spolupráci s národným laboratóriom urýchľovačov SLAC Ministerstva energetiky USA, Univerzitou Purdue a Európskym zariadením pre synchrotrónové žiarenie. Zhengrui Xu a Dong Ho, postdoktorandi v Linovom laboratóriu, sú tiež spoluautormi tohto článku, vedú k výrobe elektród, výrobe batérií a meraní výkonu batérií a pomáhajú pri röntgenových experimentoch a analýze údajov.

"Základnými stavebnými kameňmi sú tieto častice, ktoré tvoria elektródy batérie, ale keď sa zväčšia, tieto častice navzájom interagujú," povedal vedec SLAC Yijin Liu, člen Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL). "Ak chcete vyrobiť lepšie batérie, musíte vedieť, ako poskladať častice."

V rámci štúdie Lin, Liu a ďalší kolegovia použili techniky počítačového videnia na štúdium toho, ako sa jednotlivé častice, ktoré tvoria elektródy dobíjacích batérií, časom rozpadajú. Cieľom je tentokrát študovať nielen jednotlivé častice, ale aj spôsoby, akými spolupracujú na predĺžení alebo skrátení životnosti batérie. Konečným cieľom je naučiť sa nové spôsoby, ako predĺžiť životnosť dizajnov batérií.

V rámci štúdie tím študoval katódu batérie pomocou röntgenových lúčov. Použili röntgenovú tomografiu na rekonštrukciu 3D obrazu katódy batérie po rôznych nabíjacích cykloch. Potom rozrezali tieto 3D obrázky na sériu 2D rezov a použili metódy počítačového videnia na identifikáciu častíc. Okrem Lin a Liu sa do štúdie zapojil postdoktorandský výskumník SSRL Jizhou Li, profesor strojného inžinierstva na Purdue University Keije Zhao a postgraduálny študent Purdue University Nikhil Sharma.

Výskumníci nakoniec identifikovali viac ako 2 000 jednotlivých častíc, pričom vypočítali nielen jednotlivé charakteristiky častíc, ako je veľkosť, tvar a drsnosť povrchu, ale aj také vlastnosti, ako často boli častice vo vzájomnom priamom kontakte a ako veľmi častice zmenili tvar.

Ďalej sa zamerali na to, ako jednotlivé vlastnosti spôsobili rozpad častíc a zistili, že po 10 nabíjacích cykloch boli najväčšími faktormi vlastnosti jednotlivých častíc, vrátane toho, aké sférické boli častice a pomer objemu častíc k ploche povrchu. Po 50 cykloch však párovanie a skupinové vlastnosti viedli k rozkladu častíc - ako napríklad, ako ďaleko boli tieto dve častice od seba, ako veľmi sa zmenil tvar a či podlhovastejšie častice v tvare futbalovej lopty mali podobnú orientáciu.

"Dôvodom už nie je len samotná častica, ale interakcia častica-častica," povedal Liu. Toto zistenie je dôležité, pretože to znamená, že výrobcovia môžu vyvinúť techniky na kontrolu týchto vlastností. Mohli by byť napríklad schopní využívať magnetické alebo elektrické polia. Najnovšie zistenia naznačujú, že tým sa predĺži životnosť batérie.“

Lin dodal: „Intenzívne sme skúmali, ako zabezpečiť, aby batérie EV fungovali efektívne pri rýchlom nabíjaní a nízkych teplotách. Okrem navrhovania nových materiálov, ktoré môžu znížiť náklady na batérie používaním lacnejších a bohatších surovín, naše laboratórium Pokračuje aj snaha pochopiť správanie batérie mimo rovnováhy. Začali sme študovať materiály batérií a ich reakciu na drsné prostredie.“