Şimdi Nanoteknoloji - Basın Bülteni: Pil Kimyası Hakkında Isı Bize Neler Anlatabilir: Lityum İyon Hücrelerini İncelemek İçin Peltier Etkisini Kullanmak

Ana Sayfa > Basın > Isı bize pil kimyası hakkında neler söyleyebilir: Lityum iyon hücrelerini incelemek için Peltier etkisini kullanmak

Araştırmacılar, elektrik akımının lityum iyon pil hücresinde nasıl ısı akışı yarattığını inceledi. Isı, elektrik akımının tersi yönünde aktı ve bu da akımın hücreye girdiği tarafta daha yüksek bir sıcaklığa neden oldu.

KREDİ
Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi Grainger Mühendislik Fakültesi

Özet:
Piller genellikle voltaj ve akım gibi elektriksel özellikler aracılığıyla incelenir, ancak yeni araştırmalar ısının elektrikle birlikte nasıl aktığını gözlemlemenin pil kimyası hakkında önemli bilgiler verebileceğini öne sürüyor.

Isı bize pil kimyası hakkında neler söyleyebilir: Lityum iyon hücrelerini incelemek için Peltier etkisini kullanmak

Urbana, IL | 8 Mart 2024'te yayınlandı

Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi'ndeki bir araştırma ekibi, elektrik akımının bir sistemin ısı çekmesine neden olduğu Peltier etkisinden yararlanarak lityum iyon pil hücrelerinin kimyasal özelliklerinin nasıl çalışılacağını gösterdi. Physical Chemistry Chemical Physics dergisinde bildirilen bu teknik, lityum-iyon pil tasarımına doğrudan bilgi verebilecek bir termodinamik özellik olan lityum-iyon elektrolitin entropisini deneysel olarak ölçmelerine olanak sağladı.

Malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü ve proje lideri David Cahill, "Çalışmamız, çözünmüş lityum iyonlarının temel termodinamiğini anlamakla ilgilidir; bu bilgilerin piller için daha iyi elektrolitlerin geliştirilmesine rehberlik edeceğini umuyoruz" dedi. "Peltier etkisinde elektrik yükü ve ısının birleşik taşınmasını ölçmek, çözünmüş iyonların kimyasal yapısıyla ve bunların pilin diğer parçalarıyla nasıl etkileşime girdiğiyle yakından ilişkili bir miktar olan entropiyi çıkarmamıza olanak tanıyor."

Peltier etkisi, soğutma ve soğutmada kullanıldığı katı hal sistemlerinde iyi bir şekilde incelenmiştir. Ancak lityum elektrolit gibi iyonik sistemlerde büyük ölçüde keşfedilmemiş durumda. Bunun nedeni Peltier ısıtma ve soğutmanın yarattığı sıcaklık farklarının diğer etkilere göre küçük olmasıdır.

Bu engeli aşmak için araştırmacılar, santigrat derecenin yüz binde birini çözümleyebilen bir ölçüm sistemi kullandılar. Bu, araştırmacıların hücrenin iki ucu arasındaki ısıyı ölçmesine ve bunu hücredeki lityum iyon elektrolitin entropisini hesaplamak için kullanmasına olanak sağladı.

Cahill'in araştırma grubundan yüksek lisans öğrencisi ve çalışmanın ortak yazarı Rosy Huang, "Makroskobik bir özelliği ölçüyoruz, ancak bu yine de iyonların mikroskobik davranışları hakkında önemli bilgiler ortaya çıkarıyor" dedi. "Peltier etkisinin ve çözümün entropisinin ölçümleri, çözme yapısıyla yakından bağlantılıdır. Daha önce pil araştırmacıları enerji ölçümlerine güveniyordu ancak entropi, sistemin daha eksiksiz bir resmini veren bu bilgiye önemli bir tamamlayıcı sağlayacaktı."

Araştırmacılar Peltier ısı akışının lityum iyonlarının konsantrasyonuna, solvent tipine, elektrot malzemesine ve sıcaklığa göre nasıl değiştiğini araştırdı. Her durumda, ısı akışının çözeltideki iyonik akımın tersi yönünde ilerlediğini gözlemlediler; bu da lityum iyonlarının çözünmesinden kaynaklanan entropinin katı lityumun entropisinden daha az olduğunu ima etti.

Lityum-iyon elektrolit çözeltilerinin entropisini ölçebilme yeteneği, iyonların hareketliliği, pilin yeniden şarj etme döngüsünü yönetme ve çözeltinin, pilin ömründe önemli bir faktör olan elektrotlarla nasıl etkileşime girdiği hakkında önemli bilgiler verebilir.

Cahill, "Pil tasarımının yeterince takdir edilmeyen bir yönü, sıvı elektrolitin elektrotlarla temas ettiğinde kimyasal olarak stabil olmamasıdır" dedi. "Her zaman ayrışır ve katı-elektrolit ara fazı adı verilen bir şeyi oluşturur. Bir pilin uzun döngüler boyunca kararlı olmasını sağlamak için, o ara fazın termodinamiğini anlamanız gerekir; bizim yöntemimiz de bunu yapmaya yardımcı oluyor."

***

Zhe Cheng, çalışmanın ikinci ortak yazarıdır. Beniamin Zahiri, Patrick Kwon ve U. of I. malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü Paul Braun da bu çalışmaya katkıda bulundu.

Araştırmacıların "Li-iyon elektrolitlerde İyonik Peltier etkisi" başlıklı makalesine çevrimiçi olarak ulaşılabilir. DOI: 10.1039/d3cp05998g

Destek, ABD Ordusu İnşaat Mühendisliği Araştırma Laboratuvarı ve ABD Enerji Bakanlığı, Temel Enerji Bilimleri Ofisi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü tarafından sağlandı.

####

Daha fazla bilgi için lütfen tıklayın okuyun

İletişim:
Cassandra Smith
Illinois Üniversitesi Grainger Mühendislik Fakültesi

Telif Hakkı © Illinois Üniversitesi Grainger Mühendislik Fakültesi

Bir yorumunuz varsa, lütfen İletişim bize.

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

Yer imi: