Çalışma pil ömrünü iyileştirmenin anahtarını buluyor: Parçacıklar arasındaki etkileşimler

Yabancı basında çıkan haberlere göre, Virginia Tech College of Science Kimya Bölümü'nde doçent olan Feng Lin ve araştırma ekibi, erken pil zayıflamasının bireysel elektrot parçacıklarının özelliklerinden kaynaklandığını, ancak düzinelerce şarjın ardından ortaya çıktığını buldu. Döngüden sonra bu parçacıkların nasıl bir araya geldiği daha önemlidir.

Lin, "Bu çalışma, uzun pil döngüsü ömrü için pil elektrotlarının nasıl tasarlanıp üretileceğinin sırlarını ortaya koyuyor" dedi. Şu anda Lin'in laboratuvarı, hızlı şarj, daha düşük maliyetli, daha uzun ömürlü ve çevre dostu elektrot mimarisi oluşturmak için pil elektrotlarını yeniden tasarlamak üzerinde çalışıyor.

0
Yorum
TOPLAMAK
beğenmek
teknoloji
Çalışma pil ömrünü iyileştirmenin anahtarını buluyor: Parçacıklar arasındaki etkileşimler
GasgooLiu Liting5 gün önce
Yabancı basında çıkan haberlere göre, Virginia Tech College of Science Kimya Bölümü'nde doçent olan Feng Lin ve araştırma ekibi, erken pil zayıflamasının bireysel elektrot parçacıklarının özelliklerinden kaynaklandığını, ancak düzinelerce şarjın ardından ortaya çıktığını buldu. Döngüden sonra bu parçacıkların nasıl bir araya geldiği daha önemlidir.

Lin, "Bu çalışma, uzun pil döngüsü ömrü için pil elektrotlarının nasıl tasarlanıp üretileceğinin sırlarını ortaya koyuyor" dedi. Şu anda Lin'in laboratuvarı, hızlı şarj, daha düşük maliyetli, daha uzun ömürlü ve çevre dostu elektrot mimarisi oluşturmak için pil elektrotlarını yeniden tasarlamak üzerinde çalışıyor.

Resim kaynağı: Feng Lin

Lin, "Elektrot mimarisi her bir parçacığın elektrik sinyallerine hızlı bir şekilde yanıt vermesine izin verdiğinde, pilleri hızlı bir şekilde şarj etmek için harika bir alet çantamız olacak" dedi. “Yeni nesil düşük maliyetli, hızlı şarj olan pilleri anlamamızı sağlamaktan heyecan duyuyoruz. ”

Araştırma, ABD Enerji Bakanlığı'nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı, Purdue Üniversitesi ve Avrupa Sinkrotron Radyasyon Tesisi ile işbirliği içinde gerçekleştirildi. Lin'in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacılar olan Zhengrui Xu ve Dong Ho aynı zamanda makalenin ortak yazarlarıdır; elektrot üretimi, pil üretimi ve pil performansı ölçümlerine öncülük etmekte ve X-ışını deneyleri ve veri analizine yardımcı olmaktadır.

Stanford Synchrotron Radyasyon Işık Kaynağı'ndan (SSRL) SLAC bilim adamı Yijin Liu, "Temel yapı taşları, pil elektrotlarını oluşturan bu parçacıklardır, ancak ölçeklendirildiğinde bu parçacıklar birbirleriyle etkileşime girer" dedi. "Daha iyi piller yapmak istiyorsanız parçacıkları nasıl bir araya getireceğinizi bilmeniz gerekir."

Çalışmanın bir parçası olarak Lin, Liu ve diğer meslektaşları, şarj edilebilir pillerin elektrotlarını oluşturan parçacıkların zaman içinde nasıl parçalandığını incelemek için bilgisayarlı görme tekniklerini kullandılar. Bu seferki amaç, yalnızca tek tek parçacıkları değil, aynı zamanda pil ömrünü uzatmak veya azaltmak için birlikte nasıl çalıştıklarını da incelemek. Nihai hedef, pil tasarımlarının ömrünü uzatmanın yeni yollarını öğrenmektir.

Araştırmanın bir parçası olarak ekip, batarya katotunu X ışınlarıyla inceledi. Farklı şarj döngülerinden sonra pilin katotunun 3 boyutlu resmini yeniden oluşturmak için X-ışını tomografisini kullandılar. Daha sonra bu 3 boyutlu resimleri bir dizi 2 boyutlu dilime böldüler ve parçacıkları tanımlamak için bilgisayarlı görme yöntemlerini kullandılar. Çalışmada Lin ve Liu'nun yanı sıra SSRL doktora sonrası araştırmacısı Jizhou Li, Purdue Üniversitesi makine mühendisliği profesörü Keije Zhao ve Purdue Üniversitesi yüksek lisans öğrencisi Nikhil Sharma da yer aldı.

Araştırmacılar sonuçta 2.000'den fazla ayrı parçacık belirlediler ve yalnızca boyut, şekil ve yüzey pürüzlülüğü gibi bireysel parçacık özelliklerini değil, aynı zamanda parçacıkların birbirleriyle ne sıklıkta doğrudan temas halinde olduğu ve parçacıkların ne kadar şekil değiştirdiği gibi özellikleri de hesapladılar.

Daha sonra, her bir özelliğin parçacıkların parçalanmasına nasıl neden olduğunu incelediler ve 10 şarj döngüsünden sonra en büyük faktörlerin, parçacıkların küreselliği ve parçacık hacminin yüzey alanına oranı dahil olmak üzere bireysel parçacıkların özellikleri olduğunu buldular. Ancak 50 döngüden sonra, eşleşme ve grup özellikleri parçacık ayrışmasını yönlendirdi; örneğin iki parçacığın birbirinden ne kadar uzak olduğu, şeklin ne kadar değiştiği ve futbol topu şeklindeki daha uzun parçacıkların benzer yönelimlere sahip olup olmadığı.

Liu, "Bunun nedeni artık yalnızca parçacığın kendisi değil, parçacık-parçacık etkileşimidir" dedi. Bu bulgu önemlidir çünkü üreticilerin bu özellikleri kontrol edecek teknikler geliştirebileceği anlamına gelir. Örneğin, uzun parçacıkları birbiriyle hizalayarak manyetik veya elektrik alanlarını kullanabilirler. Son bulgular, bunun pil ömrünü uzatacağını öne sürüyor."

Lin şunları ekledi: "EV pillerinin hızlı şarj ve düşük sıcaklık koşullarında nasıl verimli şekilde çalışabileceğini yoğun bir şekilde araştırıyoruz. Laboratuvarımızda daha ucuz ve daha bol miktarda hammadde kullanarak pil maliyetlerini azaltabilecek yeni malzemeler tasarlamanın yanı sıra, pilin dengeden uzaktaki davranışını anlamak için de süregelen bir çaba vardır. Pil malzemelerini ve bunların zorlu ortamlara verdiği tepkileri incelemeye başladık."