Nghiên cứu tìm ra chìa khóa để cải thiện tuổi thọ pin: Tương tác giữa các hạt

Theo báo chí nước ngoài, Feng Lin, phó giáo sư tại Khoa Hóa học tại Đại học Khoa học Công nghệ Virginia, và nhóm nghiên cứu của ông đã phát hiện ra rằng sự phân hủy sớm của pin dường như được thúc đẩy bởi đặc tính của từng hạt điện cực riêng lẻ, nhưng sau hàng chục lần sạc. Sau khi lặp, việc các hạt đó khớp với nhau như thế nào là quan trọng hơn.

Lin cho biết: “Nghiên cứu này tiết lộ bí mật về cách thiết kế và chế tạo các điện cực pin để kéo dài tuổi thọ pin”. Hiện tại, phòng thí nghiệm của Lin đang nghiên cứu thiết kế lại các điện cực của pin để tạo ra kiến ​​trúc điện cực sạc nhanh, chi phí thấp hơn, tuổi thọ cao hơn và thân thiện với môi trường.

0
Bình luận
sưu tầm
giống
công nghệ
Nghiên cứu tìm ra chìa khóa để cải thiện tuổi thọ pin: Tương tác giữa các hạt
GasgooLiu Liting5小时前
Theo báo chí nước ngoài, Feng Lin, phó giáo sư tại Khoa Hóa học tại Đại học Khoa học Công nghệ Virginia, và nhóm nghiên cứu của ông đã phát hiện ra rằng sự phân hủy sớm của pin dường như được thúc đẩy bởi đặc tính của từng hạt điện cực riêng lẻ, nhưng sau hàng chục lần sạc. Sau khi lặp, việc các hạt đó khớp với nhau như thế nào là quan trọng hơn.

Lin cho biết: “Nghiên cứu này tiết lộ bí mật về cách thiết kế và chế tạo các điện cực pin để kéo dài tuổi thọ pin”. Hiện tại, phòng thí nghiệm của Lin đang nghiên cứu thiết kế lại các điện cực của pin để tạo ra kiến ​​trúc điện cực sạc nhanh, chi phí thấp hơn, tuổi thọ cao hơn và thân thiện với môi trường.

Nguồn ảnh: Feng Lin

Lin cho biết: “Khi kiến ​​trúc điện cực cho phép từng hạt riêng lẻ phản ứng nhanh với tín hiệu điện, chúng ta sẽ có một hộp công cụ tuyệt vời để sạc pin nhanh chóng”. “Chúng tôi rất vui mừng được giúp chúng tôi hiểu biết hơn về thế hệ pin sạc nhanh giá rẻ tiếp theo. ”

Nghiên cứu được thực hiện với sự cộng tác của Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Đại học Purdue và Cơ sở Bức xạ Synchrotron Châu Âu. Zhengrui Xu và Dong Ho, các nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Lin, cũng là đồng tác giả của bài báo, dẫn đầu việc chế tạo điện cực, chế tạo pin và đo hiệu suất pin, đồng thời hỗ trợ các thí nghiệm tia X và phân tích dữ liệu.

Nhà khoa học SLAC Yijin Liu, một thành viên tại Nguồn sáng bức xạ Synchrotron Stanford (SSRL), cho biết: “Các khối xây dựng cơ bản là những hạt tạo nên điện cực pin, nhưng khi được mở rộng quy mô, các hạt này sẽ tương tác với nhau”. “Nếu bạn muốn tạo ra pin tốt hơn, bạn cần Biết cách kết hợp các hạt lại với nhau.”

Là một phần của nghiên cứu, Lin, Liu và các đồng nghiệp khác đã sử dụng kỹ thuật thị giác máy tính để nghiên cứu cách các hạt riêng lẻ tạo nên điện cực của pin sạc bị hỏng theo thời gian. Mục tiêu lần này là nghiên cứu không chỉ các hạt riêng lẻ mà còn cả cách chúng phối hợp với nhau để kéo dài hoặc giảm tuổi thọ pin. Mục tiêu cuối cùng là tìm hiểu những cách mới để kéo dài tuổi thọ của các thiết kế pin.

Là một phần của nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu cực âm của pin bằng tia X. Họ đã sử dụng phương pháp chụp cắt lớp tia X để tái tạo lại hình ảnh 3D về cực âm của pin sau các chu kỳ sạc khác nhau. Sau đó, họ cắt những hình ảnh 3D này thành một loạt các lát 2D và sử dụng phương pháp thị giác máy tính để xác định các hạt. Ngoài Lin và Liu, nghiên cứu còn có nhà nghiên cứu sau tiến sĩ SSRL Jizhou Li, giáo sư kỹ thuật cơ khí Đại học Purdue Keije Zhao và sinh viên tốt nghiệp Đại học Purdue Nikhil Sharma.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã xác định được hơn 2.000 hạt riêng lẻ, tính toán không chỉ các đặc điểm của từng hạt như kích thước, hình dạng và độ nhám bề mặt mà còn cả các đặc điểm như tần suất các hạt tiếp xúc trực tiếp với nhau và mức độ thay đổi hình dạng của các hạt.

Tiếp theo, họ xem xét từng đặc tính khiến các hạt bị phá vỡ như thế nào và nhận thấy rằng sau 10 chu kỳ sạc, yếu tố lớn nhất là đặc tính của từng hạt, bao gồm hình cầu của các hạt và tỷ lệ thể tích hạt trên diện tích bề mặt. Tuy nhiên, sau 50 chu kỳ, các đặc tính ghép đôi và nhóm đã thúc đẩy quá trình phân hủy hạt – chẳng hạn như hai hạt cách nhau bao xa, hình dạng thay đổi bao nhiêu và liệu các hạt hình quả bóng đá dài hơn có định hướng giống nhau hay không.

Liu nói: “Lý do không còn chỉ là bản thân hạt mà còn là sự tương tác giữa hạt và hạt. Phát hiện này rất quan trọng vì nó có nghĩa là các nhà sản xuất có thể phát triển các kỹ thuật để kiểm soát các đặc tính này. Ví dụ, họ có thể sử dụng từ trường hoặc điện trường. Sắp xếp các hạt thon dài với nhau, những phát hiện mới nhất cho thấy điều này sẽ kéo dài tuổi thọ pin.”

Lin cho biết thêm: “Chúng tôi đã nghiên cứu chuyên sâu cách làm cho pin xe điện hoạt động hiệu quả trong điều kiện sạc nhanh và nhiệt độ thấp. Ngoài việc thiết kế các vật liệu mới có thể giảm chi phí pin bằng cách sử dụng nguyên liệu thô rẻ hơn và dồi dào hơn, phòng thí nghiệm của chúng tôi cũng đang nỗ lực tìm hiểu hành vi của pin ngoài trạng thái cân bằng. Chúng tôi đã bắt đầu nghiên cứu vật liệu pin và phản ứng của chúng với môi trường khắc nghiệt.”