Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien sind unser ständiger Begleiter im technologischen Zeitalter. Die Optimierung ihrer Leistung erfordert Einblicke in ihre Elektrochemie, ein Detailgrad, der bisher nicht beobachtet werden konnte. Wissenschaftler aus Stanford haben jetzt eine Methode entwickelt, um diese außergewöhnlichen Reaktionen aus nächster Nähe zu betrachten.
[Bildquelle : Stanford - Chueh Lab ]
Die neue Technik, kürzlich veröffentlicht in Wissenschaft , ermöglicht es Forschern, die Partikel und die Elektrochemie in Lithium-Ionen-Batterien zu beobachten und zu verstehen. Der Co-Lead-Autor Jongwoo Lim sagte: „Es gibt uns grundlegende Einblicke in die Funktionsweise von Batterien. Zuvor untersuchten die meisten Studien das durchschnittliche Verhalten der gesamten Batterie.Jetzt können wir sehen und verstehen, wie sich einzelne Batterieteilchen laden und entladen. “
Dieses Verständnisniveau ermöglicht es Forschern, das Batteriedesign und die Batterieleistung zu optimieren. Die Prozesse zum Laden und Entladen einer Batterie sind auf molekularer Ebene nicht einheitlich, was zu mechanischen Beanspruchungen führt, die wiederum die Leistung und Lebensdauer der Batterie verringern. Co-Hauptautor Yiyang Lierklärt :
„Lithiierung Entladen und Delithiierung Laden sollten homogen und einheitlich sein. In Wirklichkeit sind sie jedoch sehr ungleichmäßig. Nach unserem besseren Verständnis des Prozesses wird in diesem Artikel ein Weg zur Unterdrückung des Phänomens aufgezeigt.”
Auf der Suche nach langlebigeren Batterien verspricht diese Arbeit Forschern wichtige Einblicke in die Reduzierung dieser Verluste zu geben.
[Bildquelle : SLAC National Accelerator Laboratory über Stanford ]
Mit ' brillante Röntgenstrahlen und hochmoderne Mikroskope 'at Die erweiterte Lichtquelle , Lawrence Berkely National Laboratory, Forscher können die Lade- und Entladephänomene in Echtzeit betrachten. Co-Autor Professor Martin Bazant sagte :
"Das Phänomen, das durch diese Technik aufgedeckt wurde, dachte ich, würde in meinem Leben niemals sichtbar werden. Es ist im Batteriebereich ziemlich bahnbrechend."
Eine spezielle Batterie wurde speziell für diese Forschung entwickelt. Die Elektrode und der Elektrolyt sind durch ein Paar dünner Fenster deutlich sichtbar. Der Teamleiter, Assistenzprofessor William Chueh, sagte: „Dies war eine sehr, sehr kleine Batterie, die zehn Milliarden Mal weniger Ladung enthieltals ein Smartphone-Akku. Aber es ermöglicht uns eine klare Sicht auf das, was im Nanobereich passiert. “
Das Team stellte fest, dass der Entladevorgang eine höhere Gleichmäßigkeit aufwies als der beim Laden beobachtete. Sie konnten auch die Gleichmäßigkeit durch Erhöhen der Laderate erhöhen. Chueh erklärte: „Die verbesserte Gleichmäßigkeit verringert die schädliche mechanische Belastung der Elektroden und verbessert die Zyklisierbarkeit der BatterieAbgesehen von Batterien könnte diese Arbeit weitreichende Auswirkungen auf viele andere elektrochemische Materialien haben. “
Bazant fuhr fort: „Wir haben hier nicht nur gelernt, wie man eine bessere Batterie herstellt, sondern bietet uns auch ein tiefgreifendes neues Fenster zur Wissenschaft elektrochemischer Reaktionen im Nanobereich.“
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Via : Stanford
Geschrieben von Jody Binns