Uusi mikroskooppi, joka on kehitetty suunnittelemaan parempia ja suorituskykyisiä akkuja: Innovaatio antaa tutkijoille sisäkuvan akkujen toiminnasta

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Etusivu > lehdistö > Uusi mikroskooppi, joka on kehitetty suunnittelemaan parempia korkean suorituskyvyn akkuja: Innovaatio antaa tutkijoille sisäkuvan akkujen toiminnasta

Kuten professori Xiaonan Shan huomauttaa, Houstonin yliopistosta valmistunut Guangxia Feng työskentelee operandiheijastushäiriömikroskoopilla (RIM) "hansikaslokerossa", koska litiumioniakun elektrolyytti on syttyvää. LUOTTO
University of Houston

Tiivistelmä:
Litiumioniakut ovat muuttaneet arkea – melkein jokaisella on älypuhelin, teillä näkyy enemmän sähköautoja ja ne pitävät generaattorit käynnissä hätätilanteissa. Mitä enemmän kannettavia elektronisia laitteita, sähköajoneuvoja ja laajamittaisia verkkototeutuksia tulee verkkoon, turvallisten ja kohtuuhintaisten korkeamman energiatiheyden akkujen kysyntä kasvaa edelleen.

Uusi mikroskooppi, joka on kehitetty suunnittelemaan parempia korkean suorituskyvyn akkuja: Innovaatio antaa tutkijoille sisäpuolisen näkemyksen akkujen toiminnasta

Houston, TX | Julkaistu 10. helmikuuta 2023

Nyt Houstonin yliopiston tutkimusryhmä on yhteistyössä Pacific Northwest National Laboratoryn ja US Army Research Laboratoryn tutkijoiden kanssa kehittänyt operandoheijastushäiriömikroskoopin (RIM), joka antaa paremman käsityksen akkujen toiminnasta, millä on merkittäviä seurauksia. seuraavan sukupolven akkuja varten.

"Olemme saaneet reaaliaikaisen visualisoinnin kiinteän elektrolyytin välivaiheen (SEI) dynamiikasta ensimmäistä kertaa", sanoi Xiaonan Shan, sähkö- ja tietokonetekniikan apulaisprofessori UH:n Cullen College of Engineeringistä ja vastaava kirjoittaja Nature-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa. Nanoteknologia. "Tämä tarjoaa keskeisen käsityksen interfaasien järkevästä suunnittelusta, akkukomponentista, joka on ollut vähiten ymmärretty ja haastavin este elektrolyyttien kehittämiselle tulevia akkuja varten."

Erittäin herkän mikroskoopin avulla tutkijat voivat tutkia SEI-kerrosta, joka on erittäin ohut ja herkkä kerros akun elektrodin pinnalla, joka määrittää akun suorituskyvyn. Sen kemiallinen koostumus ja morfologia muuttuvat jatkuvasti, mikä tekee sen tutkimisesta haasteellisen.

”SEI:n muodostumisen ja kehityksen ymmärtämiseen tarvitaan dynaaminen, ei-invasiivinen ja erittäin herkkä operandikuvaustyökalu. Sellainen tekniikka, jolla voidaan suoraan koettaa SEI:tä, on ollut harvinainen ja erittäin toivottava", sanoi Yan Yao, Hugh Royn ja Lillie Cranz Cullenin sähkö- ja tietokonetekniikan ansioitunut professori ja vastaava kirjailija, joka on työskennellyt Shanin kanssa tässä projektissa. viimeiset neljä vuotta.

"Olemme nyt osoittaneet, että RIM on ensimmäinen laatuaan, joka tarjoaa kriittisen käsityksen SEI-kerroksen toimintamekanismista ja auttaa suunnittelemaan parempia korkean suorituskyvyn akkuja", sanoi Yao, joka on myös Texasin suprajohtavuuskeskuksen päätutkija. Houstonin yliopistossa.

Kuinka se toimii

Tutkimusryhmä sovelsi hankkeessa interferenssiheijastusmikroskopian periaatetta, jossa valonsäde, jonka keskipiste oli 600 nanometriä ja spektrin leveys noin 10 nanometriä, suunnattiin kohti elektrodeja ja SEI-kerroksia ja heijastui. Kerätty optinen intensiteetti sisältää eri kerrosten välisiä häiriösignaaleja, jotka kuljettavat tärkeää tietoa SEI:n evoluutioprosessista ja antavat tutkijoille mahdollisuuden tarkkailla koko reaktioprosessia.

"RIM on erittäin herkkä pinnan vaihteluille, minkä ansiosta voimme tarkkailla samaa sijaintia suurella tila- ja aikaresoluutiolla", sanoi UH:n jatko-opiskelija Guangxia Feng, joka suoritti suuren osan projektin kokeellisesta työstä.

Tutkijat huomauttavat, että useimmat akkututkijat käyttävät tällä hetkellä kryoelektronimikroskooppeja, jotka ottavat vain yhden kuvan tiettyyn aikaan eivätkä pysty jatkuvasti seuraamaan muutoksia samassa paikassa.

"Halusin lähestyä energiatutkimusta eri näkökulmasta mukauttamalla ja kehittämällä uusia karakterisointi- ja kuvantamismenetelmiä, jotka antavat uutta tietoa energian muunnosprosessien reaktiomekanismin ymmärtämiseksi", sanoi Shan, joka on erikoistunut kuvantamistekniikoiden ja spektrometriatekniikoiden kehittämiseen sähkökemian tutkimiseen. reaktiot energian varastoinnissa ja muuntamisessa. Tätä uutta kuvantamistekniikkaa voitaisiin soveltaa myös muihin huippuluokan energian varastointijärjestelmiin.

Feng, joka ansaitsi Ph.D. sähköinsinööriksi UH:sta vuonna 2022, aikoo jatkaa tutkimusta kasvavalla akkutekniikan alalla.

"Seuraavan sukupolven akkujen toteuttamiseksi on välttämätöntä ymmärtää reaktiomekanismit ja uudet materiaalit", hän sanoi ja lisäsi, että korkeamman energian akkujen kehittäminen hyödyttää myös ympäristöä. "Olen aina halunnut olla tiedemies, koska he voivat saada suuria asioita tapahtumaan ihmisille ja muuttaa maailmaa paremmaksi."

Wu Xu Pacific Northwest National Labista, elektrolyyttisuunnittelun asiantuntija, auttoi projektin suunnittelussa ja antoi kriittistä tietoa käytettävästä elektrolyytistä. Army Research Labin SEI-tutkimuksen asiantuntija Kang Xu tarjosi merkittäviä näkemyksiä havaitun ilmiön ymmärtämiseksi. Molemmat ovat lehden rinnakkaiskirjoittajia.

Feng ja toinen UH:n insinööriopiskelija Yaping Shi sekä Hao Jia PNNL:stä ovat tutkimuksen päätekijöitä. Muita osallistujia ovat Xu Yan, Yanliang Liang, Chaojie Yang ja Ye Zhang UH:sta; Mark Engelhard PNNL:ssä.

####

Saat lisätietoja napsauttamalla tätä

Yhteydet:
Rashda Khan
University of Houston

Jos sinulla on kommentteja, kiitos Ota yhteyttä meille.

Lehdistötiedotteiden liikkeeseenlaskijat, eivät 7th Wave, Inc. tai Nanotechnology Now, ovat yksin vastuussa sisällön oikeellisuudesta.

Kirjanmerkki: