Об открытии сообщают по своей природе Коммуникации.«Значительное исследование было проведено, чтобы увеличить плотность энергии и плотность энергии систем литий-ионного аккумулятора», говорит Реза Шэхбэзиэн-Яссэр, адъюнкт-профессор машиностроения и промышленной инженерии в UIC.
Текущее поколение, он сказал, достаточно полезно для портативных устройств, но максимальная энергия и власть, которая может быть извлечена, ограничивают.«Таким образом для электромобиля, мы должны увеличить энергию и мощность батареи – и уменьшить стоимость также», сказал он.
Его команда, которая включает коллег в Национальную лабораторию Аргонна, Мичиган Технологический Институт и Университет Бата в Великобритании, сосредоточилась на развитии катода на основе марганцевого диоксида, очень недорогого и безвредного для окружающей среды материала с высокой вместимостью.У марганцевого диоксида есть структура решетки с расположенными с равными интервалами тоннелями, которые позволяют перевозчикам обвинения – как литиевые ионы – приближаться и свободно.
«Но для тоннелей, чтобы выжить для длительной функции, они нуждаются в поддержке структуры в уровне атомов», сказал Шэхбэзиэн-Яссэр. «Мы называем их туннельными стабилизаторами, и они – вообще большие, положительные ионы, как калий или барий».Но туннельные стабилизаторы, будучи положительно заряженным как литиевые ионы, должны отразить друг друга.«Если литий войдет, туннельный стабилизатор выйдет?» Shahbazian-Yassar пожал плечами. «Научное сообщество было в разногласии о роли туннельных стабилизаторов во время передачи лития в тоннели.
Это помогает, или вред?»Новое исследование представляет первое использование электронной микроскопии, чтобы визуализировать строение атома тоннелей в одномерном материале электрода – который говорят исследователи, ранее не было возможно из-за трудности подготовки образцов. Им потребовались два года, чтобы установить порядок, чтобы искать тоннели в лакируемых калием нанопроводах марганцевого диоксида вниз к уровню единственного атома.
Ифэй Юань, постдокторский исследователь, работающий совместно в Национальной лаборатории Аргонна и UIC и ведущем авторе на исследовании, тогда смог использовать сильную технику, названную исправленной отклонением микроскопией электрона передачи просмотра к изображению тоннели в резолюции подангстрема, таким образом, он мог ясно видеть в них – и он видел, что они действительно изменяются в присутствии иона стабилизатора.«Это – прямой способ видеть тоннели», сказал Юань. «И мы видели, что, когда Вы добавляете туннельный стабилизатор, тоннели расширяются, их электронные структуры также изменяются, и такие изменения позволяют литиевым ионам приближаться и вокруг стабилизатора».Открытие показывает, что туннельные стабилизаторы могут помочь в передаче ионов в тоннели и уровень обвинения и выброса, сказал Шэхбэзиэн-Яссэр.
Присутствие ионов калия в тоннелях улучшает электронную проводимость марганцевого диоксида и способность литиевых ионов распространиться быстро в и из нанопроводов.«С ионами калия, остающимися в центре тоннелей, полное задержание улучшается наполовину под высоким током езды на велосипеде, что означает, что батарея может держаться за свою способность в течение более длительного времени», сказал он.