Novel Microscope Developed To Design Better High-performance Batteries: Innovation Gives Researchers Inside View Of How Batteries Work

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Avaleht > press > Uudne mikroskoop, mis on välja töötatud paremate suure jõudlusega akude kujundamiseks: innovatsioon annab teadlastele sisevaateid patareide tööpõhimõttest

Professor Xiaonan Shan märgib, et Houstoni ülikooli lõpetanud Guangxia Feng töötab kindalaekas operando peegeldushäirete mikroskoobi (RIM) kallal, kuna liitiumioonaku elektrolüüt on tuleohtlik. KREDIT
University of Houston

Abstraktne:
Liitiumioonakud on muutnud igapäevaelu – peaaegu kõigil on nutitelefon, teedel võib märgata rohkem elektrisõidukeid ja need hoiavad hädaolukorras elektrigeneraatorid töös. Kuna võrku tuleb rohkem kaasaskantavaid elektroonikaseadmeid, elektrisõidukeid ja suuremahulisi võrgurakendusi, kasvab nõudlus suurema energiatihedusega akude järele, mis on ohutud ja taskukohased.

Uudne mikroskoop, mis on välja töötatud paremate suure jõudlusega akude kujundamiseks: innovatsioon annab teadlastele sisevaateid patareide tööpõhimõttest

Houston, TX | Postitatud 10. veebruaril 2023

Nüüd on Houstoni ülikooli uurimisrühm koostöös Vaikse ookeani loodeosa riikliku labori ja USA armee uurimislabori teadlastega välja töötanud operandi peegeldushäirete mikroskoobi (RIM), mis annab parema ülevaate patareide tööpõhimõttest, millel on märkimisväärne mõju. järgmise põlvkonna akude jaoks.

"Oleme esimest korda saavutanud tahke elektrolüüdi interfaasi (SEI) dünaamika reaalajas visualiseerimise," ütles Xiaonan Shan, UH Culleni tehnikakolledži elektri- ja arvutitehnika dotsent ja ajakirjas Nature avaldatud uuringu vastav autor. Nanotehnoloogia. "See annab olulise ülevaate interfaaside ratsionaalsest disainist, aku komponendist, mis on olnud kõige vähem mõistetav ja kõige keerulisem takistus tulevaste akude elektrolüütide väljatöötamisel."

Ülitundlik mikroskoop võimaldab teadlastel uurida SEI kihti, mis on aku elektroodi pinnal äärmiselt õhuke ja habras kiht, mis määrab aku jõudluse. Selle keemiline koostis ja morfoloogia muutuvad pidevalt, mistõttu on selle uurimine keeruline.

"SEI kujunemise ja arengu mõistmiseks on vaja dünaamilist, mitteinvasiivset ja kõrge tundlikkusega operandi kujutise tööriista. Selline tehnika, mis on võimeline SEI-d otseselt uurima, on olnud haruldane ja väga soovitav, ”ütles Yan Yao, Hugh Roy ja Lillie Cranz Culleni austatud elektri- ja arvutitehnika professor ning kaaskirjanik, kes on Shaniga selle projekti kallal töötanud. viimased neli aastat.

"Oleme nüüd näidanud, et RIM on esimene omataoline, mis annab kriitilise ülevaate SEI kihi töömehhanismist ja aitab kujundada paremaid suure jõudlusega akusid," ütles Yao, kes on ka Texase ülijuhtivuse keskuse juhtivteadur. Houstoni ülikoolis.

Kuidas see töötab?

Uurimisrühm rakendas projektis interferentsi peegeldusmikroskoopia põhimõtet, kus valguskiir – tsentreeritud 600 nanomeetrile ja spektri laius ligikaudu 10 nanomeetrit – suunati elektroodide ja SEI kihtide poole ning peegeldus. Kogutud optiline intensiivsus sisaldab erinevate kihtide vahelisi häiresignaale, mis kannavad olulist teavet SEI evolutsiooniprotsessi kohta ja võimaldavad teadlastel jälgida kogu reaktsiooniprotsessi.

"RIM on pinnamuutuste suhtes väga tundlik, mis võimaldab meil jälgida sama asukohta suure ruumilise ja ajalise eraldusvõimega," ütles UH kraadiõppur Guangxia Feng, kes tegi suure osa projekti eksperimentaalsest tööst.

Teadlased märgivad, et enamik akuuurijaid kasutab praegu krüoelektronmikroskoope, mis teevad kindlal ajal vaid ühe pildi ega suuda pidevalt samas kohas toimuvaid muutusi jälgida.

"Tahtsin läheneda energiauuringutele teise nurga alt, kohandades ja arendades uusi iseloomustus- ja pildistamismeetodeid, mis annavad uut teavet, et mõista reaktsioonimehhanismi energia muundamise protsessides," ütles Shan, kes on spetsialiseerunud elektrokeemiliste ainete uurimise pildistamis- ja spektromeetriatehnikate väljatöötamisele. reaktsioonid energia salvestamisel ja muundamisel. Seda uut pildistamistehnikat saab rakendada ka teistes nüüdisaegsetes energiasalvestussüsteemides.

Feng, kes teenis Ph.D. elektrotehnika erialal UH-st 2022. aastal, plaanib jätkata uuringuid kasvavas akutehnoloogia valdkonnas.

"Järgmise põlvkonna patareide realiseerimiseks on oluline mõista reaktsioonimehhanisme ja uudseid materjale," ütles ta ja lisas, et suurema energiatarbega akude arendamine on kasulik ka keskkonnale. "Olen alati tahtnud olla teadlane, sest nad suudavad inimeste jaoks suuri asju teha ja maailma paremaks muuta."

Elektrolüütide disaini ekspert Wu Xu Pacific Northwest National Labist aitas projekti kavandamisel ja andis kriitilise ülevaate kasutatavast elektrolüüdist. Armee uurimislabori SEI-uuringute ekspert Kang Xu andis olulisi teadmisi, mis aitasid täheldatud nähtust mõista. Mõlemad on paberi kaaskorrespondentautorid.

Feng ja teine UH inseneritudeng Yaping Shi koos Hao Jiaga PNNL-ist on uuringu juhtivad autorid. Teised panustajad on Xu Yan, Yanliang Liang, Chaojie Yang ja Ye Zhang UH-st; Mark Engelhard PNNL-is.

####

Lisateabe saamiseks klõpsake nuppu siin

Kontaktid:
Rashda Khan
University of Houston

Autoriõigus © Houstoni Ülikool

Kui teil on kommentaar, palun Saada sõnum meile.

Sisu täpsuse eest vastutavad ainuüksi uudisteväljaannete väljaandjad, mitte 7th Wave, Inc. või Nanotechnology Now.

Järjehoidja: