Результаты бросают вызов преобладающему представлению, что «нагнетание» батарей всегда более трудно на электродах батареи, чем бросание на более медленные ставки, по словам исследователей из Стэнфордского университета и Стэнфордского Института Материалов & энергетических Наук (SIMES) в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики.Они также предполагают, что ученые могут быть в состоянии изменить электроды или изменить способ, которым батареи заряжены, чтобы способствовать более однородной зарядке и освобождению и расширить время работы от батареи.«Мелкие детали того, что происходит в электроде во время зарядки и освобождения, являются только одним из многих факторов, которые определяют время работы от батареи, но это – то, которое, до этого исследования, было не соответственно понято», сказал Уильям Чуех SIMES, доцент в Отделе Стэнфорда Материаловедения и Технический и ведущий автор исследования. «Мы нашли новый способ думать о деградации батареи».
Результаты, он сказал, могут быть непосредственно применены ко многим окись и электроды графита, используемые в сегодняшних коммерческих литий-ионных аккумуляторах и в приблизительно половине из разрабатываемых.Его команда описала исследование 14 сентября 2014 в Естественных Материалах. Команда включала сотрудников из Массачусетского технологического института, Национальных лабораторий Сандиа, Samsung Продвинутая Национальная лаборатория Технологического института и Лоуренса Беркли Америка.Наблюдение ионов в частях батареи
Один важный источник износа батареи – опухоль и сокращение отрицательных и положительных электродов, как они поглощают и выпускают ионы от электролита во время зарядки и освобождения.Для этого исследования ученые посмотрели на положительный электрод, сделанный из миллиардов наночастиц литиевого железного фосфата.
Если большинство или все эти частицы активно будут участвовать в зарядке и освобождении, они поглотят и выпустят ионы более мягко и однородно. Но если только небольшой процент куска частиц все ионы, они, более вероятно, расколются и разрушаться, ухудшая работу батареи.Предыдущие исследования произвели противоречивые представления на то, как наночастицы вели себя.
Чтобы исследовать далее, исследователи сделали батареи клетки разменной монеты, обвинили их в разных уровнях тока в течение различных промежутков времени, быстро демонтировали их и ополоснули компоненты, чтобы остановить процесс обвинения/выброса. Тогда они сокращают электрод на чрезвычайно тонкие части и взяли их к Berkeley Lab для экспертизы с интенсивным рентгеном от Продвинутого синхротрона Источника света, Офиса САМКИ Научного Пользовательского Средства.Новое понимание на более быстром освобождении«Мы смогли посмотреть на тысячи наночастиц электрода за один раз и получить снимки их на различных стадиях во время зарядки и освобождения», сказал аспирант Стэнфорда Иян Ли, ведущий автор отчета. «Это исследование первое, чтобы сделать это всесторонне при многой зарядке и освобождении условий».
Анализируя данные, используя сложную модель, разработанную в MIT, исследователи обнаружили, что только небольшой процент наночастиц поглотил и выпущенные ионы во время зарядки, даже когда это было сделано очень быстро. Но когда батареи освободились от обязательств, интересная вещь произошла: Поскольку темп выброса увеличился выше определенного порога, все больше частиц начало поглощать ионы одновременно, переключившись на более однородный и менее разрушительный способ. Это предполагает, что ученые могут быть в состоянии щипнуть материал электрода или процесс, чтобы получить более быстрые темпы зарядки и освобождения, поддерживая долгое время работы от батареи.
Следующий шаг, Ли сказал, должен управлять электродами батареи через сотни к тысячам циклов, чтобы подражать реальной работе. Ученые также надеются взять снимки батареи, в то время как она заряжает и освобождается от обязательств, вместо того, чтобы остановить процесс и демонтировать его.
Это должно привести к более реалистическому представлению и может быть сделано в синхротронах, таких как АЛЬС или Стэнфорде Синкротроне Рэдиэйшне Лайтсоерсе SLAC, Офисе САМКИ Научного Пользовательского Средства. Ли сказал, что группа также работала с промышленностью, чтобы видеть, как эти результаты могли бы примениться в секторах бытовой электроники и транспортировке.
Финансирование исследования прибыло из Samsung Продвинутый Технологический институт Глобальная Программа Поддержки Исследования; Школа Института Разработки и Предварительного суда энергии в Стэнфорде; Программа Samsung-MIT для Дизайна Материалов в Приложениях энергии; и американское Министерство энергетики.