Yaşlanan şarj edilebilir lityum iyon pillerde oluşan ince, sözde yalıtkan birikintilerin ilk doğrudan ölçümleri şaşırtıcı bir sonuç ortaya çıkardı: birikintiler sonuçta mükemmel bir yalıtkan değil. ABD Enerji Bakanlığı'ndaki araştırmacılara göre Kuzeybatı Pasifik Ulusal Laboratuvarı (PNNL), bilindiği üzere katı elektrolit ara faz (SEI) katmanı, elektronların "sızmasına" eğilimlidir; bu, bilim adamlarının daha uzun ömürlü piller geliştirmesine yardımcı olabilecek bir bulgudur.
SEI katmanı, şarj edilebilir bir pilin şarj döngüsünden geçtiği ilk anda oluşmaya başlar. Zamanla katman giderek kalınlaşır ve durumunun pil performansının kararlılığıyla ilişkili olduğu düşünülür. Daha önce bilim insanları SEI'nin elektriksel olarak yalıtkan olduğunu öne sürmüştü ancak elektriksel davranışları da dahil olmak üzere tam fiziksel özellikleri bilinmiyordu çünkü onları karakterize etmenin doğrudan bir yolu yoktu.
Pil teknoloji uzmanlarının liderliğindeki araştırmacılar Chongmin Wang ve Wu Xu şimdi, bakır veya lityum üzerinde bir SEI filmi büyütmek için nano ölçekli bir bakır probu doğrudan bir pil hücresine yerleştirerek bu bilgi açığını giderdiler. Daha sonra filmi başka bir yere aktardılar. bünyesinde öngerilimli transmisyon elektron mikroskobu ve elektriksel özelliklerini ölçtü.
Sızıntı yapan elektronlar pil ömrünü kısaltır
Sonuçlar, pildeki voltaj arttıkça SEI katmanının elektron "sızdırdığını" ve dolayısıyla pil ömrünün kısaldığını gösteriyor. Araştırmacılar, şimdiye kadar gözlemlenmemiş bu yarı iletken benzeri davranışın temel olarak SEI katmanının karbon içeren bileşenlerinden kaynaklandığını söylüyor. Bu bulgu, bu bileşenlerin en aza indirilmesinin pillerin daha uzun süre dayanacağı anlamına geldiğini düşündürmektedir.
Bu bulguları desteklemek için PNNL ekibinin işbirlikçileri Teksas A & M Üniversitesi (TAMU), lityum metal elektrotun yüzeyindeki elektrolitin teorik bir modelini oluşturdu. Liderliğinde Jorge Semineri ve Perla BalbuenaTAMU ekibi üyeleri daha sonra elektrolitin kimyasal olarak nasıl geliştiğini değerlendirmek için hesaplamalı simülasyonlar kullandı ve elektrolit ile elektrot arasındaki kimyasal ve fiziksel etkileşimlerin SEI'nin oluşmasına nasıl neden olduğuna odaklandı.
Seminario, "Kapsamlı kuantum fiziği tekniklerini kullanarak elektrolit formülasyonlarını test ettik, SEI büyümelerinin kimyalarını ve morfolojilerini değerlendirdik ve akım-voltaj özelliklerini hesapladık" diye açıklıyor. "Hem teorik hem de deneysel sonuçların aynı eğilimleri takip ettiği etkileyici sonuçlar, lityum-metal piller için kullanılacak en iyi elektrolitleri belirlemenin bir yolunu sunuyor."
Verimli bir fikir alışverişi
Balbuena, sonuçlarının deneysel meslektaşlarına ilk prensiplere dayanarak olası aday elektrolitleri önermelerine olanak tanıdığını ekliyor. Bunun tersine, deney ekibi laboratuvarda test etmeden önce kendi modellerini kullanarak olası alternatif malzemeleri de araştırabilirler. Balbuena'nın "malzeme araştırmalarında deneysel kimyanın temel teori ile sinerjisi" olarak adlandırdığı şey sayesinde, ekibin bulgularının piller, sensörler, biyomedikal cihazlar ve nano ve moleküler elektroniklerin yanı sıra nöromorfik hesaplama üzerine yapılan araştırmalar için de uygulamaları olması gerekiyor.
Lityum iyon pillerde kritik ara fazın ortaya çıkışı araştırmacılar tarafından gözlemlendi
Seminario ve Balbuena ağlarını genişletmeyi planlıyor ilk başta Lityum iyon pillerin tüm bileşenlerini kapsayacak çalışmalar yapacaklar ve ayrıca analizlerini diğer kimyaları da kapsayacak şekilde genişletecekler, böylece pil döngüsü sırasında ortaya çıkan bozulma etkilerini tamamen çözebilecekler.
Wang ve meslektaşları ise SEI katmanındaki farklı malzemelerin mekansal olarak nasıl dağıldığını ve ilişkilendirildiğini ve bunun katmanın fiziksel özelliklerini nasıl etkilediğini inceleyecekler. Wang, "Ayrıca SEI'nin özellikleri ile sıvı elektrolitin kimyası arasında doğrudan bir korelasyon kuracağız ve daha iyi piller yapmak için elektrolitin bileşimini optimize ederek SEI'yi uyarlamayı hedefleyeceğiz" dedi. Fizik dünyası.
Bu çalışma ayrıntılı olarak Doğa Enerji.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://physicsworld.com/a/leaky-insulating-layer-reduces-battery-lifetime/
