Sinusubaybayan ng mga mananaliksik ang pagsingil at paglabas ng mga solidong estado na baterya gamit ang X-ray tomography

Ang mga baterya ng solidong estado ay sinisingil at pinalabas sa pasadyang kagamitan na binuo sa Georgia Tech. Ipinakita dito ay isang mas maliit, nabagong bersyon ng cell na ginamit upang imahen ang mga materyal na ito habang nagbibisikleta. May-akda: Matthew McDowell, Teknolohiya ng Georgia

Gamit ang X-ray tomography, napagmasdan ng pangkat ng pananaliksik ang panloob na pag-unlad ng mga materyales sa solid-state na mga baterya ng lithium habang nagcha-charge at naglalabas. Ang detalyadong impormasyon na tatlong-dimensional mula sa pag-aaral ay maaaring makatulong na mapabuti ang pagiging maaasahan at pagganap ng mga baterya na gumagamit ng mga solidong materyales upang mapalitan ang nasusunog na likidong mga electrolyte sa mga umiiral na baterya ng lithium-ion.

Ang compute tomography micrograph na may X-ray kasabay na “operand” signal ay ipinakita kung paano ipinakita ng mga pabago-bagong pagbabago ng mga materyal na electrode sa lithium / solid-electrolyte interface ang pag-uugali ng mga baterya ng solidong estado. Natuklasan ng mga mananaliksik na kapag tumatakbo sa lakas ng baterya, ang mga walang bisa ay nabuo sa interface, na lumilikha ng isang pagkawala ng contact, na naging pangunahing sanhi ng pagkabigo sa cell.

“Ang gawaing ito ay nagbibigay ng isang pangunahing pag-unawa sa kung ano ang nangyayari sa mga baterya, at ang impormasyong ito ay dapat na mahalaga upang gabayan ang mga pagsisikap sa engineering na ilalapit ang mga baterya na ito sa komersyal na katotohanan sa susunod na ilang taon,” sabi ni Matthew McDowell, isang associate professor sa George School of Mechanical Engineering. Woodruff at ang School of Materials Science and Technology ng Georgia Institute of Technology. “Naintindihan namin nang eksakto kung paano at saan nabubuo ang mga walang bisa sa interface, at pagkatapos ay maiugnay iyon sa pagganap ng baterya.”

Ang pananaliksik, suportado ng National Science Foundation, ang Sloan Research Fellowship at ang Air Force Research Office, ay ipahayag ngayong araw (Enero 28, 2021) sa journal Mga likas na materyales.

Lithium-solid electrolyte interface

Tatlong-dimensional na pagtingin sa lithium / solid electrolyte interface sa baterya, na itinayong muli gamit ang X-ray tomography. May-akda: Matthew McDowell, Teknolohiya ng Georgia

Ang mga baterya ng lithium-ion ay malawakang ginagamit ngayon para sa lahat mula sa mga mobile electronics hanggang sa mga electric car. Ang likidong electrolyte ay naglilipat ng mga ions sa pagitan ng mga electrode sa baterya sa panahon ng pag-charge at paglabas ng mga cycle. Ang likido ay pantay na sumasaklaw sa mga electrode, pinapayagan ang mga ion na malayang kumilos.

Ang teknolohiya ng mabilis na umuusbong na mga solidong estado na baterya sa halip ay gumagamit ng isang solidong electrolyte, na dapat makatulong na dagdagan ang density ng enerhiya at dagdagan ang kaligtasan ng mga baterya sa hinaharap. Ngunit ang pag-alis ng lithium mula sa mga electrode ay maaaring lumikha ng mga walang bisa sa mga interface, na nagiging sanhi ng mga isyu sa pagiging maaasahan na naglilimita sa buhay ng baterya.

“Upang kontrahin ito, maaari mong isipin ang paglikha ng mga nakabalangkas na mga interface sa pamamagitan ng iba’t ibang mga proseso ng aplikasyon upang subukang manatiling nakikipag-ugnay habang nagbibisikleta,” sabi ni McDowell. “Ang maingat na pamamahala at pag-unlad ng mga istrakturang ito ng interface ay magiging napakahalaga para sa pag-unlad sa hinaharap ng solidong baterya ng estado, at kung ano ang natutunan dito ay makakatulong sa amin na mag-disenyo ng mga interface.”

Ang koponan ng pagsasaliksik sa Georgia Tech, na pinangunahan ng unang may-akda at nagtapos na mag-aaral na si Jack Lewis, ay nagtayo ng mga espesyal na cell ng pagsubok na halos dalawang millimeter ang lapad na idinisenyo upang mapag-aralan sa isang kasabay na pasilidad ng Advanced Photon Source na matatagpuan sa Argonne National Laboratory, Opisina ng Kagawaran ng US Enerhiya. Malapit sa Chicago. Pinag-aralan ng apat na miyembro ng koponan ang mga pagbabago sa istraktura ng baterya sa loob ng limang araw ng masinsinang mga eksperimento.

“Ang aparato ay kumukuha ng mga imahe mula sa iba’t ibang mga anggulo, at mababawi mo ang mga ito gamit ang mga computer algorithm upang magbigay ng mga three-dimensional na imahe ng mga baterya sa paglipas ng panahon,” sabi ni McDowell. “Ginawa namin ang visualization na ito habang sinisingil at pinalalabas ang mga baterya upang maipakita kung paano nagbabago ang mga bagay sa mga baterya kapag tumakbo ito.”

Dahil ang lithium ay napakagaan, ang mga X-ray nito ay maaaring maging kumplikado at nangangailangan ng isang espesyal na disenyo ng mga elemento ng pagsubok ng baterya. Ang teknolohiyang ginamit sa Argonne ay katulad ng teknolohiyang ginamit upang i-scan ang mga medikal na compute tomography (CT) na mga pag-scan. “Sa halip na makita ang mga tao, nakakita kami ng mga baterya,” sinabi niya.

Dahil sa mga limitasyon sa pagsubok, naobserbahan ng mga mananaliksik ang istraktura ng mga baterya sa isang siklo lamang. Sa trabaho sa hinaharap, nais makita ng McDowell kung ano ang nangyayari sa karagdagang mga pag-ikot, at kung ang istraktura ay umaangkop sa anumang paraan sa paglikha at pagpuno sa mga walang bisa. Iminumungkahi ng mga mananaliksik na ang mga resulta ay malamang na mailalapat sa iba pang mga electrolytic formulated, at ang katangian na pamamaraan ay maaaring magamit upang makakuha ng impormasyon tungkol sa iba pang mga proseso ng baterya.

Ang mga naibabalik na baterya para sa mga de-koryenteng sasakyan ay dapat makatiis ng kahit isang libong siklo sa tinatayang buhay na 150,000 milya. Habang ang mga solidong-baterya na baterya na may lithium metal electrodes ay maaaring mag-alok ng mas maraming enerhiya para sa isang baterya ng isang naibigay na sukat, ang kalamangan na ito ay hindi magtagumpay sa mga mayroon nang mga teknolohiya kung hindi sila nagbibigay ng maihahambing na buhay.

“Kami ay nasasabik tungkol sa teknolohikal na mga prospect ng solidong baterya ng estado,” sabi ni McDowell. “Mayroong malaking interes sa komersyo at pang-agham sa lugar na ito, at ang impormasyon sa pag-aaral na ito ay dapat makatulong na isulong ang teknolohiyang ito sa malawak na mga aplikasyon sa komersyo.”

Impormasyon: Enero 28, 2021, Mga likas na materyales.
DOI: 10.1038 / s41563-020-00903-2

Bilang karagdagan sa mga nabanggit na, ang mga kapwa may-akda ay sina Francisco Javier Quintera Cortes, Eugene Liu, John S. Myers, Jared Tippens, Drew Prakash, Thomas S. Marchez, Sang Yun Han, Chenhi Lee, Pralov P. Shetty, at Christopher Saldana ng Georgia Tech; Ankit Verma, Bairav ​​S. Vishnugopi at Partha P. Mukherjee ng Purdue University; Hyun-wook Lee ng Ulsan National Institute of Science and Technology; at Pavel Shevchenko at Francesco De Carlo ng Argonne National Laboratory.

Ang gawaing ito ay bahagyang suportado ng National Science Foundation sa ilalim ng № DMR-1652471 Award, isang Sloan Fellow sa Chemistry, NASA Grant Technology Space, Colciencias-Fulbright Scholarship Program 2016, Ministry of Commerce, Industriya at Enerhiya / Korean Institute for Energy Technology Assessment and Planning (MOTIE / KETEP) (20194010000100), Air Force Research Office (AFOSR) Grant FA9550 FA9550 at ang programang Scialog , co-pinondohan ng Research Corporation para sa Development of Science at ng Alfred P. Sloan Foundation, na kasama ang isang bigay mula sa University of Purdue sa Alfred P. Sloan Foundation. Gumamit ang pag-aaral ng mga mapagkukunan mula sa Advanced Photon Source, isang US Department of Energy (DOE) na tanggapan ng gumagamit na nagpapatakbo sa ilalim ng DOE Office ng Argon National Laboratory sa ilalim ng kontrata contract DE-AC02-06CH11357. Anumang mga opinyon, konklusyon at konklusyon o rekomendasyon na ipinahayag sa materyal na ito ay sa mga may-akda at hindi kinakailangang sumasalamin ng mga pananaw ng mga ahensya na sumusuporta.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang fluorescent solar corrugated windows ay bumubuo ng enerhiya sa loob at labas

Ang mga inhinyero ng Rice University ay dinisenyo at itinayo ang mga window window na nagre-redirect ng sikat ng araw o ilaw mula sa...

Teen “Tyrants” – Carnivorous Dinosaur Offs spring – Ipaliwanag ang Kakulangan ng Pagkakaiba-iba ng Dinosaur?

Ipinapahiwatig ng bagong pananaliksik ang supling ng maraming mga karnivorous dinosaur, tulad ng Tyrannosaurus rex, na maaari ring hubugin ang kanilang mga komunidad sa...

Hindi Karaniwan na Mga Katutubong Australian Bees na Natagpuan Matapos ang 100 Taon

Ang bagong natuklasan na Pharohylaeus lactiferus (Colletidae: Hylaeinae). Kredito: James Dorey Photography Pagkasira ng mga kagubatan sa ulan, pagbawas ng mga wildfire. Ang isang laganap...

Ang Unang Video ng Daigdig ng Space-Time Crystal

Ang isang pana-panahong pattern ng mga magnon ay nangyayari sa temperatura ng kuwarto. Ang isang pangkat ng mga mananaliksik ay nagtagumpay sa paglikha ng isang...

Ang sinaunang ilog ng Delta ay minsang nagdadala ng likidong tubig sa ibabaw ng Mars

Eberselded Crete Delta: Ang sinaunang istraktura ng sinaunang ilog na Delta ay nagdala ng likidong tubig sa ibabaw ng Mars. Kredito: ESA /...

Newsletter

Subscribe to stay updated.