Kính hiển vi mới lạ được phát triển để thiết kế pin hiệu suất cao tốt hơn: Cải tiến mang đến cho các nhà nghiên cứu cái nhìn sâu sắc về cách thức hoạt động của pin

Trang Chủ > Ấn Bản > Kính hiển vi mới lạ được phát triển để thiết kế pin hiệu suất cao tốt hơn: Cải tiến mang đến cho các nhà nghiên cứu cái nhìn sâu sắc về cách thức hoạt động của pin

Như Giáo sư Xiaonan Shan đã quan sát, Guangxia Feng tốt nghiệp Đại học Houston làm việc trên kính hiển vi giao thoa phản xạ toán hạng (RIM) bên trong một “hộp đựng găng tay” vì chất điện phân của pin lithium-ion dễ cháy. TÍN DỤNG
University of Houston

Tóm tắt:
Pin lithium-ion đã thay đổi cuộc sống hàng ngày – hầu hết mọi người đều có điện thoại thông minh, ngày càng có nhiều phương tiện chạy điện được phát hiện trên đường và chúng giúp máy phát điện hoạt động trong trường hợp khẩn cấp. Khi ngày càng có nhiều thiết bị điện tử di động, xe điện và lưới điện quy mô lớn được triển khai trực tuyến, nhu cầu về pin mật độ năng lượng cao hơn, an toàn và giá cả phải chăng tiếp tục tăng lên.

Kính hiển vi mới được phát triển để thiết kế pin hiệu suất cao tốt hơn: Cải tiến mang đến cho các nhà nghiên cứu cái nhìn bên trong về cách thức hoạt động của pin

Houston, TX | Đăng ngày 10 tháng 2023 năm XNUMX

Giờ đây, một nhóm nghiên cứu của Đại học Houston, phối hợp với các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương và Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ, đã phát triển một kính hiển vi giao thoa phản xạ toán hạng (RIM) giúp hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của pin, điều này có ý nghĩa quan trọng cho thế hệ pin tiếp theo.

Xiaonan Shan, trợ lý giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Kỹ thuật Cullen của UH và là tác giả tương ứng của một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature cho biết: “Lần đầu tiên chúng tôi đã đạt được trực quan hóa thời gian thực về động lực học xen kẽ chất điện phân rắn (SEI). công nghệ nano. “Điều này cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về thiết kế hợp lý của các pha xen kẽ, một thành phần pin ít được hiểu nhất và là rào cản khó khăn nhất để phát triển chất điện phân cho pin trong tương lai.”

Kính hiển vi có độ nhạy cao cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu lớp SEI, đây là lớp cực kỳ mỏng và dễ vỡ trên bề mặt điện cực của pin, quyết định hiệu suất của pin. Thành phần hóa học và hình thái của nó liên tục thay đổi – khiến nó trở thành một thách thức để nghiên cứu.

“Cần có một công cụ hình ảnh toán hạng năng động, không xâm lấn và có độ nhạy cao để hiểu được sự hình thành và phát triển của SEI. Yan Yao, Giáo sư nổi tiếng về kỹ thuật điện và máy tính của Hugh Roy và Lillie Cranz Cullen, đồng thời là đồng tác giả đã làm việc với Shan trong dự án này cho biết: bốn năm qua.

Yao cho biết: “Bây giờ chúng tôi đã chứng minh rằng RIM là công ty đầu tiên thuộc loại này cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về cơ chế hoạt động của lớp SEI và giúp thiết kế các loại pin hiệu suất cao tốt hơn”. tại Đại học Houston.

Cách thức thực hiện

Nhóm nghiên cứu đã áp dụng nguyên lý kính hiển vi phản xạ giao thoa trong dự án, trong đó chùm ánh sáng – có tâm ở 600 nanomet với độ rộng quang phổ khoảng 10 nanomet – được hướng tới các điện cực và lớp SEI rồi phản xạ. Cường độ quang thu được chứa các tín hiệu giao thoa giữa các lớp khác nhau, mang thông tin quan trọng về quá trình tiến hóa của SEI và cho phép các nhà nghiên cứu quan sát toàn bộ quá trình phản ứng.

“RIM rất nhạy cảm với các biến thể bề mặt, điều này cho phép chúng tôi giám sát cùng một vị trí với độ phân giải thời gian và không gian cao trên quy mô lớn,” Guangxia Feng, sinh viên tốt nghiệp UH, người đã thực hiện phần lớn công việc thử nghiệm trong dự án, cho biết.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng hầu hết các nhà nghiên cứu về pin hiện đang sử dụng kính hiển vi điện tử lạnh, loại kính hiển vi này chỉ chụp một bức ảnh tại một thời điểm nhất định và không thể liên tục theo dõi các thay đổi tại cùng một vị trí.

“Tôi muốn tiếp cận nghiên cứu năng lượng từ một góc độ khác bằng cách điều chỉnh và phát triển các phương pháp hình ảnh và đặc tính mới cung cấp thông tin mới để hiểu cơ chế phản ứng trong các quá trình chuyển đổi năng lượng,” Shan, người chuyên phát triển các kỹ thuật hình ảnh và kỹ thuật quang phổ để nghiên cứu điện hóa cho biết. các phản ứng dự trữ và chuyển hóa năng lượng. Kỹ thuật hình ảnh mới này cũng có thể được áp dụng cho các hệ thống lưu trữ năng lượng hiện đại khác.

Feng, người đã lấy bằng tiến sĩ. về kỹ thuật điện từ UH vào năm 2022, dự định theo đuổi nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực công nghệ pin đang phát triển.

Bà nói: “Để hiện thực hóa thế hệ pin tiếp theo, điều cần thiết là phải hiểu cơ chế phản ứng và vật liệu mới,” đồng thời cho biết thêm rằng việc phát triển pin năng lượng cao hơn cũng có lợi cho môi trường. “Tôi luôn muốn trở thành một nhà khoa học vì họ có thể tạo ra những điều tuyệt vời cho mọi người và thay đổi thế giới tốt đẹp hơn.”

Wu Xu từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, một chuyên gia về thiết kế chất điện phân, đã giúp thiết kế dự án và cung cấp thông tin chi tiết quan trọng về chất điện phân để sử dụng. Kang Xu, một chuyên gia trong nghiên cứu SEI tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội, đã cung cấp những hiểu biết quan trọng để giúp hiểu hiện tượng quan sát được. Cả hai đều là đồng tác giả của bài báo.

Feng và một sinh viên kỹ thuật khác của UH là Yaping Shi, cùng với Hao Jia từ PNNL, là tác giả chính của nghiên cứu. Những người đóng góp khác là Xu Yan, Yanliang Liang, Chaojie Yang và Ye Zhang từ UH; Đánh dấu Engelhard tại PNNL.

####

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

Liên hệ:
Rashda Khan
University of Houston

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: