מיקרוסקופ חדש שפותח כדי לעצב סוללות בעלות ביצועים גבוהים יותר: חדשנות מעניקה לחוקרים מבט מבפנים על אופן פעולת הסוללות

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

עמוד הבית > חדשות ועדכונים > מיקרוסקופ חדש שפותח כדי לעצב סוללות בעלות ביצועים גבוהים יותר: חדשנות נותנת לחוקרים מבט מבפנים על אופן פעולת הסוללות

כפי שמבחין פרופסור שיאונן שאן, בוגרת אוניברסיטת יוסטון, גואנגשיה פנג, עובדת על מיקרוסקופ ההפרעות השתקפות אופרן (RIM) בתוך "תא כפפות" מכיוון שהאלקטרוליט של סוללת הליתיום-יון דליק. אַשׁרַאי
אוניברסיטת יוסטון

תקציר:
סוללות ליתיום-יון שינו את חיי היומיום - כמעט לכולם יש סמארטפון, ניתן להבחין בכלי רכב חשמליים נוספים על הכבישים, והם מחזקים את גנרטורי החשמל במצבי חירום. ככל שמכשירים אלקטרוניים ניידים יותר, כלי רכב חשמליים ויישומי רשת בקנה מידה גדול מגיעים לאינטרנט, הביקוש לסוללות בצפיפות אנרגיה גבוהה יותר בטוחים ובמחיר סביר ממשיכה לגדול.

מיקרוסקופ חדש שפותח כדי לעצב סוללות בעלות ביצועים גבוהים יותר: חדשנות נותנת לחוקרים מבט מבפנים על אופן פעולת הסוללות

יוסטון, טקסס | פורסם ב-10 בפברואר, 2023

כעת, צוות מחקר של אוניברסיטת יוסטון, בשיתוף עם חוקרים מהמעבדה הלאומית של צפון-מערב פסיפיק ומעבדת המחקר של צבא ארה"ב, פיתח מיקרוסקופ של הפרעות השתקפות אופרנדו (RIM) המספק הבנה טובה יותר של אופן פעולת הסוללות, שיש לו השלכות משמעותיות לדור הבא של סוללות.

"השגנו לראשונה הדמייה בזמן אמת של דינמיקת אינטרפאזה אלקטרוליטים מוצקים (SEI)", אמר שיאונן שאן, עוזר פרופסור להנדסת חשמל ומחשבים במכללת קולן להנדסה של UH ומחבר מקביל של מחקר שפורסם בכתב העת Nature ננוטכנולוגיה. "זה מספק תובנה מרכזית לגבי התכנון הרציונלי של אינטרפאזות, רכיב סוללה שהיה המחסום הפחות מובן והמאתגר ביותר לפיתוח אלקטרוליטים עבור סוללות עתידיות."

המיקרוסקופ הרגיש ביותר מאפשר לחוקרים לחקור את שכבת SEI, שהיא שכבה דקה ושבירה במיוחד על פני האלקטרודה של הסוללה הקובעת את ביצועי הסוללה. ההרכב הכימי והמורפולוגיה שלו משתנים ללא הרף - מה שהופך אותו לאתגר ללמוד.

"נדרש כלי הדמיית אופרנדו דינמי, לא פולשני ורגישות גבוהה כדי להבין את היווצרות והתפתחות של SEI. טכניקה כזו המסוגלת לחקור ישיר SEI הייתה נדירה ורצויה מאוד", אמרו יאן יאו, הפרופסור הנכבד של יו רוי ולילי קרנץ קאלן להנדסת חשמל ומחשבים ומחבר מתכתב שעבד עם שאן על פרויקט זה עבור ארבע השנים האחרונות.

"הוכחנו כעת ש-RIM היא הראשונה מסוגה שמספקת תובנה קריטית לגבי מנגנון העבודה של שכבת SEI ומסייעת בתכנון סוללות בעלות ביצועים גבוהים יותר", אמר יאו, שהוא גם החוקר הראשי של מרכז טקסס למוליכות-על. באוניברסיטת יוסטון.

איך זה עובד

צוות המחקר יישם את העיקרון של מיקרוסקופיה של השתקפות הפרעות בפרויקט, שבו קרן האור - המרוכזת ב-600 ננומטר עם רוחב ספקטרום של כ-10 ננומטר - הופנתה לעבר האלקטרודות ושכבות SEI והוחזרה. העוצמה האופטית שנאספה מכילה אותות הפרעה בין שכבות שונות, נושאת מידע חשוב על תהליך האבולוציה של SEI ומאפשרת לחוקרים לצפות בתהליך התגובה כולו.

"ה-RIM רגיש מאוד לווריאציות פני השטח, מה שמאפשר לנו לנטר את אותו מיקום ברזולוציה מרחבית וזמנית גבוהה בקנה מידה גדול", אמרה סטודנטית בוגרת UH Guangxia Feng, שביצעה חלק גדול מהעבודה הניסיונית על הפרויקט.

החוקרים מציינים שרוב חוקרי הסוללה משתמשים כיום במיקרוסקופים קריו-אלקטרון, שמצלמים רק תמונה אחת בזמן מסוים ואינם יכולים לעקוב ברציפות אחר השינויים באותו מיקום.

"רציתי לגשת למחקר אנרגיה מזווית אחרת על ידי התאמה ופיתוח שיטות אפיון והדמיה חדשות המספקות מידע חדש להבנת מנגנון התגובה בתהליכי המרת אנרגיה", אמר שאן, המתמחה בפיתוח טכניקות הדמיה וטכניקות ספקטרומטריה לחקר אלקטרוכימיים תגובות באחסון אנרגיה והמרות. טכניקת הדמיה חדשה זו יכולה להיות מיושמת גם על מערכות אחסון אנרגיה חדישות אחרות.

פנג, שקיבל תואר דוקטור. בהנדסת חשמל מ-UH בשנת 2022, מתכננת להמשיך במחקר בתחום ההולך וגדל של טכנולוגיית הסוללות.

"כדי לממש את הדור הבא של סוללות, חיוני להבין את מנגנוני התגובה והחומרים החדשים", אמרה, והוסיפה כי פיתוח סוללות באנרגיה גבוהה יותר מועיל גם לסביבה. "תמיד רציתי להיות מדען כי הם יכולים לגרום לדברים גדולים לקרות לאנשים ולשנות את העולם לטובה".

Wu Xu מ-Pacific Northwest National Lab, מומחה בעיצובי אלקטרוליטים, עזר בתכנון הפרויקט וסיפק תובנה קריטית לגבי האלקטרוליט לשימוש. קאנג שו, מומחה למחקר SEI במעבדת המחקר של הצבא, סיפק תובנות משמעותיות כדי לעזור להבין את התופעה שנצפתה. שניהם מחברים שותפים לעיתון.

פנג וסטודנטית נוספת להנדסת UH Yaping Shi, יחד עם Hao Jia מ-PNNL, הם הכותבים הראשיים של המחקר. תורמים נוספים הם שו יאן, יאנליאנג ליאנג, צ'אוג'י יאנג ו-יה ג'אנג מ-UH; מארק אנגלארד ב-PNNL.

####

לקבלת מידע נוסף, לחץ על כאן

ליצירת קשר:
רשדא חאן
אוניברסיטת יוסטון

זכויות יוצרים © אוניברסיטת יוסטון

אם יש לך תגובה בבקשה צרו קשר שלנו.

מנפיקי מהדורות חדשות, לא 7th Wave, Inc. או Nanotechnology Now, אחראים בלעדית לדיוק התוכן.

הפוך: