Untuk membina bateri yang lebih baik, anda perlu untuk menangkap mereka dalam Akta

- Jul 26, 2017-

Rencana ini adalah sebahagian daripada siri membina masa depan bateri. Bagaimana kita boleh mencipta bateri kita perlu kuasa rumah kami, pengangkutan dan industri, danapa berdiri dengan cara yang?


Muncul industri, dari penyimpanan tenaga secara besar-besaran untuk kereta elektrik, memerlukan bateri tahan lebih lama. Tetapi untuk membina mereka, kita perlu tahu banyak lebih lanjut mengenai apa yang menghadkan hayat bateri.

Alat baru membenarkan penyelidik yang memeriksa, pada skala nanometer, bateri semasa mereka berada di dalam operasi. Ini membantu mereka mengenal pasti kerosakan dalaman yang boleh mencetuskan kegagalan bateri.

Alat-alat yang canggih, seperti mikroskop elektron dan synchrotrons – sangat kuat sumber cahaya – Marilah kita Lihatlah bateri semasa mereka sedang digunakan. Kamera berkelajuan tinggi dan pengesan, cip teknologi dan keupayaan untuk memproses jumlah data yang besar juga Main peranan.

Bidang yang sedang pesat membangun ini masih mempunyai halangan-halangan yang: tenaga tinggi x-ray dan BIM elektron yang digunakan oleh alat ini boleh mengganggu operasi bateri, dan biasanya saiz sampel adalah terhad kerana ia perlu dimuatkan ke dalam ruang instrumen yang agak kecil.

Walaupun berhadapan dengan cabaran teknikal, alat ini boleh memberikan kami dengan pemahaman yang penting semasa keterbatasan teknologi bateri.

Bagaimana boleh kita melihat bateri sedang mereka beroperasi?

Untuk memahami bagaimana kita melihat bateri dalam tindakan, ia adalah penting untuk terlebih dahulu memahami bahagian-bahagian mereka.

Setiap bateri lithium-ion, contohnya, mempunyai satu elektrod positif dan negatif, dan untuk elektrolit yang memisahkan mereka. Elektrolit ini, biasanya cecair kimia campuran, membolehkan dengan bayaran elektrik (dalam bentuk ion litium) untuk mengalir. Ion-ion litium meresap melalui elektrolit antara elektrod-elektrod bergantung pada sama ada sel sedang didakwa atau dibebaskan.

Apabila imej bateri yang beroperasi, ia adalah mungkin untuk melihat proses-proses nanoscale dan menunjukkan sesuatu dgn tepat masalah dengan bahan-bahan yang digunakan. Di makmal, bateri sel syiling yang selalunya digunakan untuk pengujian.

Pelbagai jenis alat boleh digunakan untuk melihat bateri dengan cara ini, tetapi teknik microscopy andelectron x-ray adalah amat memberangsangkan.

Untuk membolehkan penyelidik boleh dapat melihat apa yang ada dalam bateri, rasuk pengimejan, sama ada rasuk cahaya, sinar-x atau elektron, perlu melalui sampel. Hanya berfikir tentang cahaya yang memukul dinding dan bukannya satu tetingkap: Jika bateri terlalu tebal, pancaran sinar-x atau elektron itu tidak dapat menembusi.

Penulis dengan bateri sel duit syiling yang digunakan untuk ujian. Ruth Knibbe,Penulis yang disediakan

Sinar-x konvensional makmal mempunyai tenaga yang rendah dan intensiti, dan jadi tidak dapat menembusi sangat mendalam bahan. Walau bagaimanapun, satu pancaran sinar-x dari Sinkrotron yang mempunyai tenaga yang jauh lebih tinggi dan membolehkan untuk penembusan yang lebih mendalam.

Walau bagaimanapun synchrotrons yang biasanya kemudahan yang sangat besar yang sukar untuk beroperasi dan mengakses.

Instrumen yang lebih biasa adalah mikroskop elektron penghantaran (Julai). Sementara yang adalah sebuah mikroskop yang menggunakan elektron beam sebaliknya pancaran cahaya, tidak seperti mikroskop yang konvensional. Elektron yang boleh mengizinkan untuk pembesaran lebih dari satu juta kali.

Walau bagaimanapun, jika elektron yang diluluskan melalui udara, ia akan scatter ketara dan anda tidak akan dapat melihat apa-apa. Atas sebab ini, operasi sementara yang memerlukan vakum yang amat tinggi yang membolehkan elektron untuk mudah lulus.

Malangnya, ini merupakan satu lagi cabaran penyelidik: vakum menjadikan kemasukan elektrolit cecair (kini dalam banyak bateri standard) mustahil, kerana cecair mungkin akan evaporate.

Baru-baru baru Julai pemegang telah direka yang membolehkan bahan bateri dan elektrolit dalam cecair untuk encased antara kedua-dua elektron telus tingkap, serta arus akan disampaikan melalui bahan bateri.

Ini menjadikan ia mungkin untuk mencipta imej pada magnifications sangat tinggi ketika beroperasi bateri.

Apakah masalah bateri yang kami Cari?

Jenis ini sedang pesat membangun penyelidikan bateri diperlukan untuk menangani kesilapan dalam bateri.

Sangatlah penting adalah syarat-syarat yang membolehkan pertumbuhan dendrite litium.

Litium dendrites yang mikroskopik struktur seperti pokok yang boleh berkembang dari elektrod litium, sel Melitar pintas secara berpotensi. Proses ini juga boleh menyebabkan kebakaran bateri, dan isu menghalang penggunaan elektrod-elektrod litium kuat.

Kerja-kerja awal telah menunjukkan bahawa ia adalah mungkin untuk imej pertumbuhan dinamik litium dendrites masuk kepadanya seorang.

Kedua-dua mikroskop elektron pengimbas imej yang menggambarkan bagaimana elektrolit tradisional yang boleh menyebabkan pertumbuhan dendrite (kiri), manakala elektrolit baru yang boleh menyebabkan pertumbuhan nodul licin yang Jangan Melitar pintas bateri (kanan). Makmal negara barat laut Pasifik/Flickr, CC oleh

Penurunan boleh juga berlaku dalam bateri lithium-ion melalui tegasan yang diperkenalkan oleh perubahan jumlah yang besar kerana ion-ion litium diserap dan dibebaskan, komponen-komponen elektrod yang membubarkan dalam elektrolit dan isu hakisan jangka panjang.

Masalah ini hanya longgar difahami pada masa ini, tetapi pengimejan nanoscale akan membantu kami meningkatkan Reka bentuk bateri.

Visi kami adalah untuk menjadikan ia lebih mudah untuk mematuhi sistem bateri baru di bawah keadaan operasi yang berbeza. Dengan cara ini kita dapat memahami cabaran-cabaran yang memegang kembalisistem lama-hayat bateri.