Công nghệ nano hiện nay - Thông cáo báo chí: Nhiệt độ có thể cho chúng ta biết điều gì về tính chất hóa học của pin: Sử dụng hiệu ứng Peltier để nghiên cứu tế bào lithium-ion

Trang Chủ > Ấn Bản > Nhiệt lượng có thể cho chúng ta biết về tính chất hóa học của pin: sử dụng hiệu ứng Peltier để nghiên cứu pin lithium-ion

Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu cách dòng điện tạo ra dòng nhiệt trong pin lithium-ion. Nhiệt truyền ngược chiều với dòng điện, dẫn đến nhiệt độ cao hơn ở phía có dòng điện đi vào tế bào.

TÍN DỤNG
Trường Cao đẳng Kỹ thuật Grainger tại Đại học Illinois Urbana-Champaign

Tóm tắt:
Pin thường được nghiên cứu thông qua các đặc tính điện như điện áp và dòng điện, nhưng nghiên cứu mới cho thấy rằng việc quan sát cách dòng nhiệt kết hợp với dòng điện có thể mang lại những hiểu biết quan trọng về hóa học của pin.

Nhiệt độ nào có thể cho chúng ta biết về hóa học của pin: sử dụng hiệu ứng Peltier để nghiên cứu tế bào lithium-ion

Urbana, IL | Đăng vào ngày 8 tháng 2024 năm XNUMX

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Illinois Urbana-Champaign đã trình diễn cách nghiên cứu các tính chất hóa học của pin lithium-ion bằng cách khai thác hiệu ứng Peltier, trong đó dòng điện làm cho hệ thống hút nhiệt. Được báo cáo trên tạp chí Vật lý Hóa học Vật lý Hóa học, kỹ thuật này cho phép họ đo thực nghiệm entropy của chất điện phân lithium-ion, một tính năng nhiệt động lực học có thể trực tiếp cung cấp thông tin cho việc thiết kế pin lithium-ion.

David Cahill, giáo sư khoa học & kỹ thuật vật liệu của U. of I. và là người đứng đầu dự án cho biết: “Công việc của chúng tôi là tìm hiểu nhiệt động lực học cơ bản của các ion lithium hòa tan, thông tin mà chúng tôi hy vọng sẽ hướng dẫn sự phát triển các chất điện phân tốt hơn cho pin”. “Việc đo sự vận chuyển kết hợp của điện tích và nhiệt trong hiệu ứng Peltier cho phép chúng ta suy ra entropy, một đại lượng có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc hóa học của các ion hòa tan và cách chúng tương tác với các bộ phận khác của pin.”

Hiệu ứng Peltier được nghiên cứu kỹ lưỡng trong các hệ thống bán dẫn nơi nó được sử dụng trong làm mát và làm lạnh. Tuy nhiên, nó phần lớn vẫn chưa được khám phá trong các hệ thống ion như chất điện phân lithium. Nguyên nhân là do sự chênh lệch nhiệt độ do sưởi ấm và làm mát Peltier tạo ra là nhỏ so với các hiệu ứng khác.

Để vượt qua rào cản này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một hệ thống đo lường có khả năng phân giải một phần trăm nghìn độ C. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu đo nhiệt lượng giữa hai đầu tế bào và sử dụng nó để tính toán entropy của chất điện phân lithium-ion trong tế bào.

Rosy Huang, một nghiên cứu sinh trong nhóm nghiên cứu của Cahill và là đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi đang đo một tính chất vĩ mô, nhưng nó vẫn tiết lộ thông tin quan trọng về hành vi vi mô của các ion”. “Các phép đo hiệu ứng Peltier và entropy của dung dịch có mối liên hệ chặt chẽ với cấu trúc hòa tan. Trước đây, các nhà nghiên cứu pin dựa vào các phép đo năng lượng, nhưng entropy sẽ cung cấp sự bổ sung quan trọng cho thông tin đó, mang lại bức tranh hoàn chỉnh hơn về hệ thống.”

Các nhà nghiên cứu đã khám phá dòng nhiệt Peltier thay đổi như thế nào theo nồng độ của các ion lithium, loại dung môi, vật liệu điện cực và nhiệt độ. Trong mọi trường hợp, họ quan sát thấy dòng nhiệt chạy ngược chiều với dòng ion trong dung dịch, ngụ ý rằng entropy do sự hòa tan các ion lithium nhỏ hơn entropy của lithium rắn.

Khả năng đo entropy của dung dịch điện phân lithium-ion có thể mang lại những hiểu biết quan trọng về độ linh động của các ion, điều chỉnh chu kỳ sạc của pin và cách dung dịch tương tác với các điện cực, một yếu tố quan trọng trong tuổi thọ của pin.

Cahill cho biết: “Một khía cạnh được đánh giá thấp trong thiết kế pin là chất điện phân lỏng không ổn định về mặt hóa học khi tiếp xúc với các điện cực”. “Nó luôn phân hủy và tạo thành thứ gọi là pha rắn-điện phân. Để làm cho pin ổn định trong thời gian dài, bạn cần hiểu rõ nhiệt động lực học của pha đó, đó là điều mà phương pháp của chúng tôi giúp thực hiện được.”

***

Zhe Cheng là đồng tác giả thứ hai của nghiên cứu. Beniamin Zahiri, Patrick Kwon và giáo sư kỹ thuật & khoa học vật liệu Paul Braun của U. of I. cũng đóng góp cho công việc này.

Bài báo của các nhà nghiên cứu, “Hiệu ứng Ionic Peltier trong chất điện phân Li-ion,” có sẵn trực tuyến. DOI: 10.1039/d3cp05998g

Hỗ trợ được cung cấp bởi Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Kỹ thuật Xây dựng Quân đội Hoa Kỳ và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Văn phòng Khoa học Năng lượng Cơ bản, Phòng Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật.

####

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào tại đây

Liên hệ:
Cassandra Smith
Đại học Illinois Cao đẳng Kỹ thuật Grainger

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: