Нанотехнологии сегодня - Пресс-релиз: Что тепло может рассказать нам о химическом составе аккумуляторов: использование эффекта Пельтье для изучения литий-ионных элементов

Главная > Нажмите > Что тепло может рассказать нам о химии аккумуляторов: использование эффекта Пельтье для изучения литий-ионных элементов

Исследователи изучили, как электрический ток создает тепловые потоки в элементе литий-ионной батареи. Тепло текло противоположно электрическому току, что приводило к более высокой температуре на той стороне, где ток попадал в ячейку.

КРЕДИТ
Инженерный колледж Грейнджера при Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне

Абстрактные:
Батареи обычно изучаются с помощью электрических свойств, таких как напряжение и ток, но новые исследования показывают, что наблюдение за тем, как тепло течет вместе с электричеством, может дать важную информацию о химии батарей.

Что тепло может рассказать нам о химии аккумуляторов: использование эффекта Пельтье для изучения литий-ионных элементов

Урбана, Иллинойс | Опубликовано 8 марта 2024 г.

Группа исследователей из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне продемонстрировала, как изучать химические свойства элементов литий-ионных аккумуляторов, используя эффект Пельтье, при котором электрический ток заставляет систему отводить тепло. Как сообщается в журнале Physical Chemistry Chemical Physics, этот метод позволил им экспериментально измерить энтропию литий-ионного электролита — термодинамическую характеристику, которая может напрямую влиять на конструкцию литий-ионной батареи.

«Наша работа направлена на понимание фундаментальной термодинамики растворенных ионов лития. Эта информация, как мы надеемся, поможет в разработке лучших электролитов для батарей», — сказал Дэвид Кэхилл, профессор материаловедения и инженерии Университета Иллинойса и руководитель проекта. «Измерение совместного переноса электрического заряда и тепла в результате эффекта Пельтье позволяет нам определить энтропию — величину, которая тесно связана с химической структурой растворенных ионов и тем, как они взаимодействуют с другими частями батареи».

Эффект Пельтье хорошо изучен в твердотельных системах, где он используется в охлаждении и охлаждении. Однако в ионных системах, таких как литиевый электролит, он остается практически неизученным. Причина в том, что разница температур, создаваемая нагревом и охлаждением Пельтье, невелика по сравнению с другими эффектами.

Чтобы преодолеть этот барьер, исследователи использовали систему измерения, способную разрешать одну стотысячную долю градуса Цельсия. Это позволило исследователям измерить тепло между двумя концами элемента и использовать его для расчета энтропии литий-ионного электролита в элементе.

«Мы измеряем макроскопическое свойство, но оно по-прежнему раскрывает важную информацию о микроскопическом поведении ионов», — сказала Рози Хуанг, аспирантка исследовательской группы Кэхилла и соавтор исследования. «Измерения эффекта Пельтье и энтропии раствора тесно связаны со структурой сольватации. Раньше исследователи батарей полагались на измерения энергии, но энтропия стала важным дополнением к этой информации, которое дает более полную картину системы».

Исследователи изучили, как тепловой поток Пельтье менялся в зависимости от концентрации ионов лития, типа растворителя, материала электрода и температуры. Во всех случаях они наблюдали, что тепловой поток идет противоположно ионному току в растворе, а это означает, что энтропия растворения ионов лития меньше, чем энтропия твердого лития.

Возможность измерения энтропии растворов литий-ионных электролитов может дать важную информацию о подвижности ионов, определяющей цикл перезарядки аккумулятора, а также о том, как раствор взаимодействует с электродами, что является важным фактором срока службы аккумулятора.

«Недооцененный аспект конструкции аккумуляторов заключается в том, что жидкий электролит химически нестабилен при контакте с электродами», — сказал Кэхилл. «Он всегда разлагается и образует нечто, называемое межфазной фазой твердого электролита. Чтобы сделать батарею стабильной в течение длительных циклов, вам необходимо понять термодинамику этой интерфазы, и именно в этом помогает наш метод».

Чжэ Чэн — второй соавтор исследования. Бениамин Захири, Патрик Квон и профессор материаловедения и инженерии Университета Иллинойса Пол Браун также внесли свой вклад в эту работу.

Статья исследователей «Ионный эффект Пельтье в литий-ионных электролитах» доступна в Интернете. DOI: 10.1039/d3cp05998g

Поддержка была оказана Научно-исследовательской лабораторией строительной техники армии США и Управлением фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США, Отделом материаловедения и инженерии.

####

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмите здесь

Контактная информация:
Кассандра Смит
Инженерный колледж Грейнджера Иллинойсского университета

Авторское право © Инженерный колледж Грейнджера Иллинойского университета

Если у вас есть комментарий, пожалуйста Контакты нас.

Издатели новостных выпусков, а не 7th Wave, Inc. или Nanotechnology Now, несут единоличную ответственность за точность содержания.

Закладка: