Home > Media > Wat warmte ons kan vertellen over de chemie van batterijen: het Peltier-effect gebruiken om lithium-ioncellen te bestuderen
 |
| De onderzoekers bestudeerden hoe elektrische stroom warmtestromen veroorzaakte in een lithium-ionbatterijcel. De warmte stroomde tegengesteld aan de elektrische stroom, wat resulteerde in een hogere temperatuur aan de kant waar de stroom de cel binnenkwam.
CREDIT |
Abstract:
Batterijen worden meestal bestudeerd via elektrische eigenschappen zoals spanning en stroom, maar nieuw onderzoek suggereert dat het observeren van hoe warmte stroomt in combinatie met elektriciteit belangrijke inzichten kan opleveren in de chemie van batterijen.
Wat warmte ons kan vertellen over de chemie van batterijen: het Peltier-effect gebruiken om lithium-ioncellen te bestuderen
Urbana, Illinois | Geplaatst op 8 maart 2024
Een team van onderzoekers van de Urbana-Champaign van de Universiteit van Illinois heeft aangetoond hoe je de chemische eigenschappen van lithium-ionbatterijcellen kunt bestuderen door gebruik te maken van het Peltier-effect, waarbij elektrische stroom ervoor zorgt dat een systeem warmte onttrekt. Deze techniek, gerapporteerd in het tijdschrift Physical Chemistry Chemical Physics, stelde hen in staat experimenteel de entropie van de lithium-ion-elektrolyt te meten, een thermodynamisch kenmerk dat rechtstreeks van invloed zou kunnen zijn op het ontwerp van lithium-ion-batterijen.
“Ons werk gaat over het begrijpen van de fundamentele thermodynamica van opgeloste lithiumionen, informatie waarvan we hopen dat deze de ontwikkeling van betere elektrolyten voor batterijen zal begeleiden”, zegt David Cahill, hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de Universiteit van I. en projectleider. “Door het gekoppelde transport van elektrische lading en warmte in het Peltier-effect te meten, kunnen we de entropie afleiden, een hoeveelheid die nauw verwant is aan de chemische structuur van de opgeloste ionen en hoe deze interageren met andere delen van de batterij.”
Het Peltier-effect is goed bestudeerd in solid-state-systemen waar het wordt gebruikt bij koeling en koeling. Het blijft echter grotendeels onontgonnen in ionische systemen zoals lithiumelektrolyt. De reden is dat de temperatuurverschillen die door Peltier-verwarming en -koeling ontstaan, klein zijn in vergelijking met andere effecten.
Om deze barrière te overwinnen, gebruikten de onderzoekers een meetsysteem dat een honderdduizendste graad Celsius kon meten. Hierdoor konden de onderzoekers de warmte tussen de twee uiteinden van de cel meten en deze gebruiken om de entropie van de lithium-ionelektrolyt in de cel te berekenen.
"We meten een macroscopische eigenschap, maar deze onthult nog steeds belangrijke informatie over het microscopische gedrag van de ionen", zegt Rosy Huang, een afgestudeerde student in de onderzoeksgroep van Cahill en co-hoofdauteur van de studie. “Metingen van het Peltier-effect en de entropie van de oplossing zijn nauw verbonden met de solvatatiestructuur. Voorheen vertrouwden batterijonderzoekers op energiemetingen, maar entropie zou een belangrijke aanvulling zijn op die informatie die een completer beeld van het systeem geeft.”
De onderzoekers onderzochten hoe de Peltier-warmtestroom veranderde met de concentratie van lithiumionen, het type oplosmiddel, het elektrodemateriaal en de temperatuur. In alle gevallen merkten ze op dat de warmtestroom tegengesteld was aan de ionenstroom in de oplossing, wat impliceert dat de entropie van het oplossen van lithiumionen kleiner is dan de entropie van vast lithium.
Het vermogen om de entropie van lithium-ion-elektrolytoplossingen te meten kan belangrijke inzichten opleveren in de mobiliteit van de ionen, die de oplaadcyclus van de batterij bepalen en hoe de oplossing samenwerkt met de elektroden, een belangrijke factor in de levensduur van de batterij.
“Een ondergewaardeerd aspect van het batterijontwerp is dat de vloeibare elektrolyt niet chemisch stabiel is wanneer hij in contact komt met de elektroden”, zegt Cahill. “Het ontleedt altijd en vormt iets dat een vaste-elektrolyt-interfase wordt genoemd. Om een batterij gedurende lange cycli stabiel te maken, moet je de thermodynamica van die interfase begrijpen, en dat is waar onze methode bij helpt.”
***
Zhe Cheng is de tweede co-hoofdauteur van het onderzoek. Beniamin Zahiri, Patrick Kwon en U. van I. professor materiaalkunde en techniek Paul Braun hebben ook bijgedragen aan dit werk.
Het artikel van de onderzoekers, “Ionic Peltier effect in Li-ion electrolytes”, is online beschikbaar. DOI: 10.1039/d3cp05998g
Er werd steun verleend door het US Army Construction Engineering Research Laboratory en het US Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering.
####
Voor meer informatie, klik hier
Kontakte:
Cassandra Smit
Grainger College of Engineering van de Universiteit van Illinois
Auteursrecht © Universiteit van Illinois Grainger College of Engineering
Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.
Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.
Bladwijzer:
| Gerelateerde Links |
| Gerelateerd nieuws Pers |
Nieuws en informatie
Onderzoekers ontwikkelen kunstmatige bouwstenen van het leven Maart 8th, 2024
Chemie
Govt.-wetgeving / verordening / financiering / beleid
De aanpak van onderzoekers kan kwantumcomputers beschermen tegen aanvallen Maart 8th, 2024
Optisch gevangen kwantumdruppeltjes van licht kunnen zich binden en macroscopische complexen vormen Maart 8th, 2024
Superbug killer: Nieuw synthetisch molecuul dat zeer effectief is tegen resistente bacteriën Februari 16th, 2024
Mogelijke toekomsten
CL-thermometrie op nanoschaal met lanthanide-gedoteerd zwaar metaaloxide in TEM Maart 8th, 2024
ontdekkingen
De aanpak van onderzoekers kan kwantumcomputers beschermen tegen aanvallen Maart 8th, 2024
Hightech 'verf' kan patiënten herhaalde operaties besparen Maart 8th, 2024
CL-thermometrie op nanoschaal met lanthanide-gedoteerd zwaar metaaloxide in TEM Maart 8th, 2024
Optisch gevangen kwantumdruppeltjes van licht kunnen zich binden en macroscopische complexen vormen Maart 8th, 2024
Mededelingen
CL-thermometrie op nanoschaal met lanthanide-gedoteerd zwaar metaaloxide in TEM Maart 8th, 2024
Optisch gevangen kwantumdruppeltjes van licht kunnen zich binden en macroscopische complexen vormen Maart 8th, 2024
Interviews / Boekbesprekingen / Essays / Rapporten / Podcasts / Journals / White papers / Posters
Onderzoekers ontwikkelen kunstmatige bouwstenen van het leven Maart 8th, 2024
CL-thermometrie op nanoschaal met lanthanide-gedoteerd zwaar metaaloxide in TEM Maart 8th, 2024
Leger
Nieuwe chip opent de deur naar AI-computing met lichtsnelheid Februari 16th, 2024
NRL ontdekt tweedimensionale golfgeleiders Februari 16th, 2024
‘Plotselinge dood’ van kwantumfluctuaties tart huidige theorieën over supergeleiding: studie daagt de conventionele wijsheid van supergeleidende kwantumovergangen uit Januari 12th, 2024
Batterijtechnologie / condensatoren / generatoren / piëzo-elektronica / thermo-elektronica / energieopslag
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57466
