Studien finner nyckeln till att förbättra batteritiden: Interaktioner mellan partiklar

Enligt rapporter i utländska medier fann Feng Lin, en docent vid Institutionen för kemi vid Virginia Tech College of Science, och hans forskargrupp att tidig batterinedbrytning verkar drivas av egenskaperna hos individuella elektrodpartiklar, men efter dussintals laddningar Efter looping är hur dessa partiklar passar ihop viktigare.

"Denna studie avslöjar hemligheterna kring hur man designar och tillverkar batterielektroder för lång batterilivslängd", säger Lin. För närvarande arbetar Lins labb med att omdesigna batterielektroder för att skapa snabbladdning, lägre kostnad, längre livslängd och miljövänlig elektrodarkitektur.

0
Kommentar
samla
som
teknologi
Studien finner nyckeln till att förbättra batteritiden: Interaktioner mellan partiklar
GasgooLiu Liting5小时前
Enligt rapporter i utländska medier fann Feng Lin, en docent vid Institutionen för kemi vid Virginia Tech College of Science, och hans forskargrupp att tidig batterinedbrytning verkar drivas av egenskaperna hos individuella elektrodpartiklar, men efter dussintals laddningar Efter looping är hur dessa partiklar passar ihop viktigare.

"Denna studie avslöjar hemligheterna kring hur man designar och tillverkar batterielektroder för lång batterilivslängd", säger Lin. För närvarande arbetar Lins labb med att omdesigna batterielektroder för att skapa snabbladdning, lägre kostnad, längre livslängd och miljövänlig elektrodarkitektur.

Bildkälla: Feng Lin

"När elektrodarkitekturen tillåter varje enskild partikel att reagera snabbt på elektriska signaler, kommer vi att ha en fantastisk verktygslåda för att snabbt ladda batterier," sa Lin. "Vi är glada över att möjliggöra vår förståelse för nästa generation av billiga snabbladdningsbatterier. ”

Forskningen genomfördes i samarbete med det amerikanska energidepartementets SLAC National Accelerator Laboratory, Purdue University och European Synchrotron Radiation Facility. Zhengrui Xu och Dong Ho, postdoktorer i Lins labb, är också medförfattare på papperet, och leder elektrodtillverkning, batteritillverkning och batteriprestandamätningar och hjälper till med röntgenexperiment och dataanalys.

"De grundläggande byggstenarna är dessa partiklar som utgör batterielektroder, men när de skalas upp interagerar dessa partiklar med varandra", säger SLAC-forskaren Yijin Liu, en stipendiat vid Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL). "Om du vill göra bättre batterier måste du veta hur man sätter ihop partiklar."

Som en del av studien använde Lin, Liu och andra kollegor datorseendetekniker för att studera hur de enskilda partiklarna som utgör elektroderna på laddningsbara batterier bryts ner över tiden. Målet den här gången är att studera inte bara enskilda partiklar, utan också hur de arbetar tillsammans för att förlänga eller minska batteritiden. Det slutliga målet är att lära sig nya sätt att förlänga batteridesignernas livslängd.

Som en del av studien studerade teamet batterikatoden med röntgenstrålar. De använde röntgentomografi för att rekonstruera en 3D-bild av batteriets katod efter olika laddningscykler. De skar sedan dessa 3D-bilder i en serie 2D-skivor och använde datorseendemetoder för att identifiera partiklarna. Förutom Lin och Liu inkluderade studien SSRL-postdoktor Jizhou Li, Purdue University maskinteknikprofessor Keije Zhao och Purdue University doktorand Nikhil Sharma.

Forskarna identifierade slutligen mer än 2 000 individuella partiklar och beräknade inte bara individuella partikelegenskaper som storlek, form och ytjämnhet, utan också egenskaper som hur ofta partiklarna var i direkt kontakt med varandra och hur mycket partiklarna ändrade form.

Därefter tittade de på hur varje egenskap fick partiklarna att brytas ner, och fann att efter 10 laddningscykler var de största faktorerna egenskaperna hos de enskilda partiklarna, inklusive hur sfäriska partiklarna var och förhållandet mellan partikelvolym och ytarea. Efter 50 cykler drev dock parnings- och gruppegenskaper partikelnedbrytningen - som hur långt ifrån varandra de två partiklarna var, hur mycket formen förändrades och om de mer långsträckta fotbollsbollsformade partiklarna hade liknande orienteringar.

"Anledningen är inte längre bara partikeln själv, utan partikel-partikel-interaktionen," sa Liu. Detta fynd är viktigt eftersom det innebär att tillverkare kan utveckla tekniker för att kontrollera dessa egenskaper. De kanske till exempel kan använda magnetiska eller elektriska fält. Justera de långsträckta partiklarna med varandra, de senaste rönen tyder på att detta kommer att förlänga batteritiden."

Lin tillade: "Vi har undersökt intensivt hur man får EV-batterier att fungera effektivt under snabbladdning och låga temperaturer. Förutom att designa nya material som kan minska batterikostnaderna genom att använda billigare och rikligare råvaror, har vårt laboratorium också gjort ett pågående arbete för att förstå batteriets beteende bort från jämvikt. Vi har börjat studera batterimaterial och deras reaktion på tuffa miljöer.”