Ja varat to pietiekami samazināt, lai lieliski izbrauktu pa litija akumulatora elektrodu, redzēsiet, ka katras skalas uzlādes līmenis ir ļoti nevienmērīgs.
Tas nenāk par labu akumulatora veselībai. Apzinoties problēmu, Raisa universitātes pētnieki sadarbojās ar Enerģētikas departamentu, lai detalizēti aprakstītu, kā dažādas elektroda daļiņas lietošanas laikā mijiedarbojas ar litiju.
Konkrēti, materiālu zinātnieka Ming Tang’s Rice laboratorija ir analizējusi nano- un nanoreakcijas litija dzelzs fosfāta katodos, izmantojot modelēšanu un attēlveidošanu, ko nodrošina Brukhevenas Nacionālās laboratorijas un Argonnas Nacionālās laboratorijas rentgena mikroskopijas iespējas.
Viņu raksts ir atrodams American Chemical Society žurnālā ACS enerģijas ziņojumi Tas atbalsta teorijas, ko Tanga un viņa kolēģi izveidoja pirms vairākiem gadiem un kas paredzēja, kā litijs tiks transportēts dinamiskā vidē tipiskā komerciālā katoda ietvaros.
Iespēja vērot noslēgto katodu uzlādi un izlādi Brūkhavenā bija absolūts ceļvedis.
“Akumulatoros ir daudz daļiņu, kas absorbē un izdala litiju, un mēs vēlējāmies redzēt, kas notiek uz to virsmām un cik regulāra ir reakcija,” sacīja Tanga, materiālu zinātnes un nanoinženierijas asociētais profesors. “Kopumā mēs vienmēr vēlamies konsekventāku reakciju, lai mēs varētu ātrāk uzlādēt akumulatoru.”
Attēlos, kas uzņemti ar Brūkhavenas jaudīgo rentgenstaru sinhrotronu, pētnieki redzēja, ka daži katoda apgabali absorbēja labāk nekā citi. Spēja aplūkot atsevišķas daļiņas vai grupētas daļiņas 3D formātā parādīja, ka litijs tā vietā, lai mijiedarbotos visā to virsmā, dod priekšroku noteiktiem reģioniem salīdzinājumā ar citiem.
“Tas ļoti atšķiras no parastās gudrības,” sacīja Tangs. “Interesantākais novērojums ir tas, ka šie mijiedarbības reģioni ir veidoti kā viendimensijas pavedieni, kas stiepjas pāri šo agregēto daļiņu virsmai. Tas bija savādi, taču tas atbilda tam, ko mēs redzējām savos modeļos.”
Litija pavedieni atgādina biezas nanocaurules, kas ir vairākus simtus nanometru platas un vairākus mikronus garas, sacīja Tangs.
Viņš teica, ka spriegums starp novirzītajiem kristāliem daļiņu aglomerātos neļauj litijam vienmērīgi saplūst kopējā virsmā vai iegūt to no tās, jo tas radītu pārāk daudz enerģijas. Tā vietā litijs ir spiests ieplūst agregātā vai ārā no tā “karstajos punktos”, kas veido dakts formu.
Ko tas nozīmē akumulatora veiktspējai?
“Tā ir slikta lieta,” sacīja Tans. “Tā kā litijs nevar vienmērīgi iekļūt katodā, tas palēnina interkalācijas mehāniku.
“Mūsu pētījums piedāvā dažus iespējamos veidus, kā palīdzēt padarīt litija ievadīšanu vai ekstrakciju konsekventāku šajos agregātos vai atsevišķās daļiņās,” viņš teica. “Daļiņu aglomerātos ieviešot zināmu porainību, tiktu zaudēts zināms enerģijas blīvums, bet tajā pašā laikā tas ļautu litijam iekļūt vienmērīgāk. Tas ļautu iegūt vairāk enerģijas ar noteiktu uzlādes/izlādes ātrumu.
“Vēl viena ideja ir tāda, ka, ja mēs varam kaut kā saskaņot šo mazo daļiņu orientāciju tā, lai to maksimālā izplešanās būtu perpendikulāra viena otrai, tās labāk uzņems litija savienojumu,” viņš teica.
Viņš atzina, ka tas būs izaicinājums akumulatoru ražotājiem.
“Mums nav pietiekami daudz pieredzes ar sintēzi, lai zinātu, kā to panākt,” sacīja Tangs. “Mēs piedāvājam ēsmu. Paskatīsimies, vai kāds iekož.”
Rīsu absolventi Fan Wang un Kai Yang, šī raksta līdzautori. Līdzautori ir Mingyuan Ji, Jiajun Wang, Jun Wang, Xiangyi Xiao un Wu-Kate Lee, visi no Brookhaven National Laboratory, Upton, Ņujorka; un Linsens Li no Šanhajas Jiao Tong universitātes.
Enerģētikas un pamata enerģētikas zinātņu departaments (DE-SC0019111) un Nacionālais zinātnes fonds (CMMI-1929949) atbalstīja pētījumu.
Stāsta avots:
Materiāli Ievads Rīsu universitāte. Oriģināls: Maiks Viljamss. Piezīme: saturu var mainīt atbilstoši stilam un garumam.
