Daha İyi Yüksek Performanslı Piller Tasarlamak İçin Geliştirilen Yeni Mikroskop: Yenilik, Araştırmacılara Pillerin Nasıl Çalıştığı Konusunda İç Görünüm Sağlıyor

Ana Sayfa > Basın > Daha iyi yüksek performanslı piller tasarlamak için geliştirilen yeni mikroskop: İnovasyon, araştırmacılara pillerin nasıl çalıştığına dair içeriden bir bakış sunuyor

Profesör Xiaonan Shan'ın gözlemlediği gibi, Houston Üniversitesi mezunu Guangxia Feng, lityum iyon pil elektroliti yanıcı olduğu için bir "torpido gözü" içinde operando yansıma girişim mikroskobu (RIM) üzerinde çalışıyor. KREDİ
University of Houston

Özet:
Lityum-iyon piller günlük yaşamları değiştirdi - neredeyse herkesin bir akıllı telefonu var, yollarda daha fazla elektrikli araç görülebiliyor ve acil durumlarda jeneratörlerin çalışmasını sağlıyorlar. Daha fazla taşınabilir elektronik cihaz, elektrikli araç ve büyük ölçekli şebeke uygulamaları devreye girdikçe, güvenli ve uygun fiyatlı daha yüksek enerji yoğunluklu pillere olan talep artmaya devam ediyor.

Daha iyi yüksek performanslı piller tasarlamak için geliştirilen yeni mikroskop: İnovasyon, araştırmacılara pillerin nasıl çalıştığına dair içeriden bir bakış sunuyor

Houston, Teksas | 10 Şubat 2023 tarihinde yayınlandı

Şimdi, bir Houston Üniversitesi araştırma ekibi, Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı ve ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı'ndan araştırmacılarla işbirliği içinde, pillerin nasıl çalıştığının daha iyi anlaşılmasını sağlayan ve önemli etkileri olan bir operando yansıma girişim mikroskobu (RIM) geliştirdi. yeni nesil piller için.

UH'nin Cullen College of Engineering'de elektrik ve bilgisayar mühendisliği yardımcı doçenti ve Nature dergisinde yayınlanan bir çalışmanın ilgili yazarı Xiaonan Shan, "İlk kez katı elektrolit interfaz (SEI) dinamiklerinin gerçek zamanlı görselleştirmesini başardık" dedi. Nanoteknoloji. "Bu, gelecekteki piller için elektrolit geliştirmenin önündeki en az anlaşılan ve en zorlu engel olan bir pil bileşeni olan ara fazların rasyonel tasarımı hakkında önemli bilgiler sağlıyor."

Son derece hassas mikroskop, araştırmacıların, pil performansını belirleyen pil elektrot yüzeyinde son derece ince ve kırılgan bir katman olan SEI katmanını incelemesine olanak tanır. Kimyasal bileşimi ve morfolojisi sürekli değişiyor - bu da onu çalışmayı zorlaştırıyor.

"SEI'nin oluşumunu ve gelişimini anlamak için dinamik, istilacı olmayan ve yüksek hassasiyetli bir operando görüntüleme aracı gerekiyor. SEI'yi doğrudan inceleyebilen böyle bir teknik nadir ve son derece arzu edilir bir şey olmuştur," dedi Hugh Roy ve Lillie Cranz Cullen Seçkin Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü ve bu projede Shan ile birlikte çalışan yazar Yan Yao. son dört yıl

Texas Süperiletkenlik Merkezi'nin baş araştırmacısı olan Yao, "Şimdi, RIM'in SEI katmanının çalışma mekanizmasına ilişkin kritik bilgiler sağlayan ve daha iyi yüksek performanslı piller tasarlamaya yardımcı olan türünün ilk örneği olduğunu gösterdik" dedi. Houston Üniversitesi'nde.

Nasıl çalışır

Araştırma ekibi, 600 nanometrede merkezlenen ve yaklaşık 10 nanometre spektrum genişliğine sahip ışık huzmesinin elektrotlara ve SEI katmanlarına yönlendirildiği ve yansıtıldığı projede girişim yansıma mikroskobu ilkesini uyguladı. Toplanan optik yoğunluk, SEI'nin evrim süreci hakkında önemli bilgiler taşıyan ve araştırmacıların tüm reaksiyon sürecini gözlemlemesine izin veren farklı katmanlar arasındaki girişim sinyallerini içerir.

Projedeki deneysel çalışmaların çoğunu gerçekleştiren UH yüksek lisans öğrencisi Guangxia Feng, "RIM, aynı konumu büyük ölçekli yüksek uzamsal ve zamansal çözünürlükle izlememizi sağlayan yüzey değişikliklerine karşı çok hassastır" dedi.

Araştırmacılar, çoğu pil araştırmacısının şu anda belirli bir zamanda yalnızca bir resim çeken ve aynı konumdaki değişiklikleri sürekli olarak izleyemeyen kriyo-elektron mikroskopları kullandığını belirtiyor.

Elektrokimyasal çalışmaları incelemek için görüntüleme teknikleri ve spektrometri teknikleri geliştirmede uzman olan Shan, "Enerji dönüşüm süreçlerindeki reaksiyon mekanizmasını anlamak için yeni bilgiler sağlayan yeni karakterizasyon ve görüntüleme yöntemlerini uyarlayarak ve geliştirerek enerji araştırmalarına farklı bir açıdan yaklaşmak istedim" dedi. enerji depolama ve dönüşümlerdeki reaksiyonlar. Bu yeni görüntüleme tekniği, diğer son teknoloji enerji depolama sistemlerine de uygulanabilir.

Doktora derecesi alan Feng. 2022'de UH'den elektrik mühendisliğinde, büyüyen pil teknolojisi alanında daha fazla araştırma yapmayı planlıyor.

"Yeni nesil pilleri gerçekleştirmek için, reaksiyon mekanizmalarını ve yeni malzemeleri anlamak çok önemlidir" dedi ve daha yüksek enerjili piller geliştirmenin çevreye de fayda sağladığını sözlerine ekledi. "Her zaman bir bilim adamı olmak istemişimdir çünkü onlar insanlar için harika şeyler yapabilir ve dünyayı daha iyi hale getirebilirler."

Elektrolit tasarımlarında uzman olan Pacific Northwest Ulusal Laboratuvarı'ndan Wu Xu, proje tasarımına yardımcı oldu ve kullanılacak elektrolit hakkında kritik bilgiler verdi. Ordu Araştırma Laboratuvarı'ndaki SEI araştırmasında uzman olan Kang Xu, gözlemlenen olguyu anlamaya yardımcı olmak için önemli bilgiler sağladı. Her ikisi de makale için ortak yazarlardır.

Feng ve başka bir UH mühendislik öğrencisi Yaping Shi, PNNL'den Hao Jia ile birlikte çalışmanın baş yazarlarıdır. Diğer katkıda bulunanlar, UH'den Xu Yan, Yanliang Liang, Chaojie Yang ve Ye Zhang; PNNL'de Mark Engelhard.

####

Daha fazla bilgi için lütfen tıklayın okuyun

İletişim:
Rashda Han
University of Houston

Telif Hakkı © Houston Üniversitesi

Bir yorumunuz varsa, lütfen İletişim bize.

7th Wave, Inc. veya Nanotechnology Now değil, haber bültenleri yayıncıları yalnızca içeriğin doğruluğundan sorumludur.

Yer imi: