การศึกษาพบกุญแจสำคัญในการปรับปรุงอายุการใช้งานแบตเตอรี่: ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาค

ตามรายงานของสื่อต่างประเทศ Feng Lin รองศาสตราจารย์ภาควิชาเคมีที่วิทยาลัยวิทยาศาสตร์เวอร์จิเนียเทค และทีมวิจัยของเขาพบว่าแบตเตอรี่ที่เสื่อมเร็วดูเหมือนจะได้รับแรงผลักดันจากคุณสมบัติของอนุภาคอิเล็กโทรดแต่ละตัว แต่หลังจากการชาร์จหลายสิบครั้ง หลังจากการวนซ้ำ วิธีที่อนุภาคเหล่านั้นมารวมกันมีความสำคัญมากกว่า

“การศึกษาครั้งนี้เผยให้เห็นความลับของวิธีการออกแบบและสร้างอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่เพื่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่ยาวนาน” Lin กล่าว ปัจจุบัน ห้องปฏิบัติการของ Lin กำลังออกแบบอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ใหม่เพื่อสร้างสถาปัตยกรรมอิเล็กโทรดที่ชาร์จได้รวดเร็ว ต้นทุนต่ำ อายุการใช้งานยาวนานขึ้น และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

0
ความคิดเห็น
เก็บรวบรวม
ชอบ
เทคโนโลยี
การศึกษาพบกุญแจสำคัญในการปรับปรุงอายุการใช้งานแบตเตอรี่: ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาค
กัสกูหลิว หลี่ถิง5小时前
ตามรายงานของสื่อต่างประเทศ Feng Lin รองศาสตราจารย์ภาควิชาเคมีที่วิทยาลัยวิทยาศาสตร์เวอร์จิเนียเทค และทีมวิจัยของเขาพบว่าแบตเตอรี่ที่เสื่อมเร็วดูเหมือนจะได้รับแรงผลักดันจากคุณสมบัติของอนุภาคอิเล็กโทรดแต่ละตัว แต่หลังจากการชาร์จหลายสิบครั้ง หลังจากการวนซ้ำ วิธีที่อนุภาคเหล่านั้นมารวมกันมีความสำคัญมากกว่า

“การศึกษาครั้งนี้เผยให้เห็นความลับของวิธีการออกแบบและสร้างอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่เพื่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่ยาวนาน” Lin กล่าว ปัจจุบัน ห้องปฏิบัติการของ Lin กำลังออกแบบอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ใหม่เพื่อสร้างสถาปัตยกรรมอิเล็กโทรดที่ชาร์จได้รวดเร็ว ต้นทุนต่ำ อายุการใช้งานยาวนานขึ้น และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

แหล่งที่มาของภาพ: เฟิง หลิน

“เมื่อสถาปัตยกรรมอิเล็กโทรดอนุญาตให้แต่ละอนุภาคตอบสนองต่อสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว เราจะมีกล่องเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมในการชาร์จแบตเตอรี่อย่างรวดเร็ว” Lin กล่าว “เรารู้สึกตื่นเต้นที่จะช่วยให้เราเข้าใจเกี่ยวกับแบตเตอรี่ชาร์จเร็วราคาประหยัดรุ่นต่อไป -

การวิจัยนี้ดำเนินการร่วมกับห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติ SLAC ของกระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกา มหาวิทยาลัย Purdue และศูนย์รังสีซินโครตรอนแห่งยุโรป Zhengrui Xu และ Dong Ho นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องแล็บของ Lin ยังเป็นผู้เขียนร่วมในรายงานนี้ การผลิตอิเล็กโทรดชั้นนำ การผลิตแบตเตอรี่ และการวัดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ และให้ความช่วยเหลือในการทดลองด้วยรังสีเอกซ์และการวิเคราะห์ข้อมูล

“องค์ประกอบพื้นฐานคืออนุภาคเหล่านี้ที่ประกอบเป็นอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ แต่เมื่อขยายขนาด อนุภาคเหล่านี้จะโต้ตอบซึ่งกันและกัน” นักวิทยาศาสตร์ของ SLAC Yijin Liu เพื่อนร่วมงานจาก Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL) กล่าว “ถ้าคุณต้องการสร้างแบตเตอรี่ที่ดีขึ้น คุณต้องรู้วิธีการรวมอนุภาคเข้าด้วยกัน”

ส่วนหนึ่งของการศึกษานี้ Lin, Liu และเพื่อนร่วมงานคนอื่นๆ ใช้เทคนิคการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อศึกษาว่าอนุภาคแต่ละชนิดที่ประกอบเป็นขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้จะพังทลายลงเมื่อเวลาผ่านไปอย่างไร เป้าหมายในครั้งนี้คือการศึกษาไม่ใช่แค่อนุภาคแต่ละตัวเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงวิธีที่อนุภาคเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อยืดหรือลดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ เป้าหมายสูงสุดคือการเรียนรู้วิธีใหม่ๆ ในการยืดอายุของการออกแบบแบตเตอรี่

ส่วนหนึ่งของการศึกษานี้ ทีมงานได้ศึกษาแคโทดของแบตเตอรี่ด้วยรังสีเอกซ์ พวกเขาใช้เอกซเรย์เอกซ์เรย์เพื่อสร้างภาพ 3 มิติของแคโทดของแบตเตอรี่ขึ้นใหม่หลังจากรอบการชาร์จที่แตกต่างกัน จากนั้นพวกเขาจึงตัดภาพ 3 มิติเหล่านี้ออกเป็นชิ้น 2 มิติและใช้วิธีการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อระบุอนุภาค นอกจาก Lin และ Liu แล้ว การศึกษายังรวมถึง Jizhou Li นักวิจัยหลังปริญญาเอก SSRL, Keije Zhao ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลของ Purdue University และ Nikhil Sharma นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจาก Purdue University

ในที่สุดนักวิจัยก็ได้ระบุอนุภาคมากกว่า 2,000 อนุภาค โดยคำนวณไม่เพียงแต่ลักษณะเฉพาะของอนุภาคแต่ละตัว เช่น ขนาด รูปร่าง และความขรุขระของพื้นผิว แต่ยังรวมถึงคุณลักษณะต่างๆ เช่น ความถี่ที่อนุภาคสัมผัสกันโดยตรง และจำนวนอนุภาคที่เปลี่ยนรูปร่าง

จากนั้น พวกเขาดูว่าคุณสมบัติแต่ละอย่างทำให้อนุภาคแตกตัวได้อย่างไร และพบว่าหลังจากรอบการชาร์จ 10 รอบ ปัจจัยที่ใหญ่ที่สุดคือคุณสมบัติของอนุภาคแต่ละตัว รวมถึงความกลมของอนุภาคและอัตราส่วนของปริมาตรอนุภาคต่อพื้นที่ผิว อย่างไรก็ตาม หลังจากผ่านไป 50 รอบ คุณสมบัติการจับคู่และการจัดกลุ่มทำให้เกิดการสลายตัวของอนุภาค เช่น อนุภาคทั้งสองอยู่ห่างกันมากเพียงใด รูปร่างเปลี่ยนแปลงไปมากน้อยเพียงใด และอนุภาครูปลูกฟุตบอลที่ยาวกว่านั้นมีทิศทางที่คล้ายคลึงกันหรือไม่

“เหตุผลไม่ได้เป็นเพียงตัวอนุภาคอีกต่อไป แต่เป็นปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคและอนุภาค” หลิวกล่าว การค้นพบนี้มีความสำคัญเนื่องจากหมายความว่าผู้ผลิตสามารถพัฒนาเทคนิคในการควบคุมคุณสมบัติเหล่านี้ได้ ตัวอย่างเช่น พวกเขาอาจสามารถใช้สนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าเพื่อจัดเรียงอนุภาคที่มีความยาวให้ชิดกัน การค้นพบล่าสุดชี้ให้เห็นว่าสิ่งนี้จะช่วยยืดอายุแบตเตอรี่ได้”

Lin กล่าวเพิ่มเติมว่า “เราได้ค้นคว้าอย่างเข้มข้นถึงวิธีทำให้แบตเตอรี่ EV ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพภายใต้สภาวะการชาร์จที่รวดเร็วและอุณหภูมิต่ำ นอกเหนือจากการออกแบบวัสดุใหม่ที่สามารถลดต้นทุนแบตเตอรี่ได้โดยใช้วัตถุดิบที่ถูกกว่าและมีปริมาณมากขึ้นแล้ว ห้องปฏิบัติการของเรา ยังมีความพยายามอย่างต่อเนื่องในการทำความเข้าใจพฤติกรรมของแบตเตอรี่ที่อยู่ห่างไกลจากความสมดุล เราได้เริ่มศึกษาวัสดุแบตเตอรี่และการตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง”