کشف یک پدیده عجیب و غریب که هر دو کمک می کند و صدمه می زند عملکرد باتری لیتیوم یون

کشف یک پدیده عجیب و غریب که هر دو کمک می کند و صدمه می زند عملکرد باتری لیتیوم یون

فوریه 6، 2019 توسط علی Sundermie، SLAC آزمایشگاه ملی شتاب دهنده

علی Sundermee فرآیند مرموز اکسیداسیون اکسیژن نامیده می شود الکترونها را از اتمهای اکسیژن در کاتد های باتری لیتیوم خالی می کند و عملکرد آنها را کاهش می دهد نشان داده شده در سمت چپ درک بهتر این ویژگی و کنترل اثرات آن می تواند منجر به بهبود کارایی وسایل نقلیه الکتریکی شود

اعتبار: گریگوری استوارت / SLAC آزمایشگاه ملی شتاب دهنده

باتری های لیتیوم یون که قدرت وسایل نقلیه و تلفن برق شارژ و تخلیه با عبور از یون لیتیوم و بین دو الکترود یک آند و یک کاتد. یون های لیتیوم بیشتر الکترودها قادر به جذب و آزاد شدن هستند، باتری بیشتری می تواند ذخیره کند.

یکی از مسائل مربوط به مواد باتری تجاری امروز است این است که آنها تنها می توانند حدود نیمی از یون های لیتیوم را که حاوی آن هستند آزاد کنند. راه حل امیدوارکننده برای کاتود شدن با یون های لیتیوم اضافی است. اجازه می دهد آنها را به ذخیره انرژی بیشتری در همان مقدار از فضا. اما به دلایلی هر چرخه شارژ و دشارژ جدید به آرامی این کاتود های غنی از لیتیوم از ولتاژ و ظرفیت آنها.را تخلیه می کند

به رهبری محققان دانشگاه استنفورد و آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC وزارت انرژی و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی یک مطالعه جدید، یک مدل جامع از این فرایند را فراهم می کند. شناسایی آنچه که به آن می انجامد و چگونه آن را در نهایت منجر به سقوط باتری می شود. امروز در مواد طبیعت منتشر شد.

" ویلیام گنت، دانشآموخته Siebel Scholar دانشگاه استنفورد و برنده جایزه پیشرفته منبع نور و دانشجوی دکترای ریخته گری مولکولی در آزمایشگاه برکلی، می گوید. این تحقیق، بسیاری از تصورات غلط در زمینه را رد کرد" "یک راه طولانی برای رفتن وجود دارد، اما اکنون یک درک پایه ای از خواص وجود دارد منجر به این روند می شود که به ما کمک می کند تا قدرت خود را به جای آن بگذاریم تا در تاریکی به آن ضربه بزنیم. "

خیس کردن آن

چرخه لیتیوم از طریق باتری مانند یک رله اسفنجی است، یک جزء اصلی از پیک نیک و چهارم ژوئیه کباب کردن که چالش شرکت کنندگان برای انتقال آب از یک سطل به دیگری با استفاده از یک اسفنج

اسفنجی جذاب تر آب بیشتر می تواند به سطل دوم فشرده شود. کاتد های باتری لیتیوم مانند مانند اسفنج های جذب کننده فوق العاده هستند قادر به جذب یون های لیتیوم تقریبا دو برابر به عنوان کاتد های تجاری، تقریبا دو برابر انرژی را به همان مقدار فضا بسته بندی می کند. این می تواند برای باتری های کوچکتر تلفن و وسایل نقلیه الکتریکی که اجازه می دهد سفر دورتر بین هر شارژ.

اکثر کاتد های باتری لیتیوم یون دارای لایه های متناوب لیتیوم هستند و اکسید فلز انتقالی - عناصر مانند نیکل یا کبالت همراه با اکسیژن. در باتری های تجاری هر بار که یک اتم لیتیوم کاتد را برای آند منتقل می کند، یک الکترون از یک اتم فلز انتقالی گرفته شده است. این الکترون ها جریان الکتریکی و ولتاژ لازم برای بارگیری مواد را ایجاد می کنند.

اما چیزی متفاوت در باتری لیتیوم غنی اتفاق می افتد.

" می گوید: مایکل توونی، یکی از کارشناسان برجسته SLAC و یکی از نویسندگان مقاله. یک ویژگی غیر معمول از کاتیدهای غنی از لیتیم این است که الکترون از اکسیژن به جای فلز عبور می کند"

"این فرآیند، اکسیداسیون اکسیژن نامیده می شود کاتد را قادر می سازد تا حدود 90 درصد از لیتیوم را در یک ولتاژ بالا به اندازه کافی استخراج کند که این باعث افزایش انرژی ذخیره شده در باتری می شود. "

دور افتادن

اما در رله اسفنجی تصور کنید که با هر خیس شدن بعدی، ساختار اسفنج تغییر می کند: الیاف با هم مخلوط می شوند خوردن فضای خالی که باعث می شود مواد در جذب آب بسیار کارآمد باشند. اکسیداسیون اکسیژن چیزی شبیه است. مطالعه قبلی نویسندگان، منتشر شده در Nature Communications نشان داد که هر بار که یونهای لیتیوم از کاتد به آنود می روند، ، برخی اتمهای فلز انتقالی دزدکی حرکت کردن به جای خود و ساختار اتمی کاتد کمی عجیب و غریب می شود ساختار لایه ای که برای عملکرد کاتد ضروری است به آرامی تجزیه می شود افزایش ولتاژ و ظرفیت آن.

در این مطالعه جدید، محققان نشان دادند این به این دلیل است که الکترون را از اکسیژن برمی دارد می خواهد یک پیوند دیگر را بسازد و اتمهای فلز انتقالی باید برای جابجایی این پیوند حرکت کنند تغییر ساختار اتمی.

می گوید Jihyun هنگ، استنفورد و SLAC postdoc، در حال حاضر در موسسه کره ای علم و صنعت (KIST). این اولین مقاله است که یک مدل کاملی برای اینکه چرا این چیزها مرتبط هستند فراهم می کند و جایی که بسیاری از خصوصیات غیر معمولی کاتدی غنی از لیتیوم هستند، "

بهره برداری از اثر

تونی می گوید ترکیب تئوری و بسیاری از روش های تجربی، منبع نور Synchrotron استنفورد SLAC ساخته شده است (SSRL)

و همچنین منبع پیشرفته آزمایشگاه برکلی آزمایشگاه (ALS) و ریخته گری مولکولی ، برای رفع این مشکل پیچیده.

این ترکیب به تیم اجازه داد که به طور قطعی نیروی محرک قوی را نشان دهد پشت تغییرات پیکربندی کاتد در طول اکسیداسیون اکسیژن. گام بعدی، تونی میگه، یافتن راه هایی برای تولید این تغییرات بدون ایجاد اختلال در ساختار کریستال کاتد است.

"از آنجا که اکسیداسیون اکسیژن باعث افزایش تراکم انرژی می شود، که قادر به درک و کنترل این به طور بالقوه یک بازی تعویض در خودروهای الکتریکی است " "ویلیام چو، استادیار علوم مواد در استنفورد می گوید: کسی که این مطالعه را هدایت کرد. "

"تا حالا، پیشرفت در این فضا به میزان زیادی افزایش یافته است با بهبود تنها چند درصد در سال است. اگر ما می توانیم راهی برای این کار پیدا کنیم، این امر می تواند یک گام بزرگ برای ساختن این تکنولوژی باشد. "

منبع:

https://phys.orgews/2019-02-untangling-strange-phenomenon-lithium-ion-battery.html

کشف یک پدیده عجیب و غریب که هر دو کمک می کند و صدمه می زند عملکرد باتری لیتیوم یون...