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

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Strona główna > Naciśnij przycisk > Nowatorski mikroskop opracowany w celu zaprojektowania lepszych akumulatorów o wysokiej wydajności: Innowacja daje naukowcom wgląd w działanie akumulatorów

Jak zauważa profesor Xiaonan Shan, absolwentka Uniwersytetu w Houston, Guangxia Feng, pracuje nad mikroskopem interferencji odbiciowej operando (RIM) wewnątrz „schowka na rękawiczki”, ponieważ elektrolit w akumulatorze litowo-jonowym jest łatwopalny. KREDYT
University of Houston

Abstrakcyjny:
Baterie litowo-jonowe odmieniły codzienne życie – prawie każdy ma smartfona, na drogach widać coraz więcej pojazdów elektrycznych, aw sytuacjach awaryjnych podtrzymują działanie generatorów prądu. Ponieważ coraz więcej przenośnych urządzeń elektronicznych, pojazdów elektrycznych i wdrożeń sieci na dużą skalę pojawia się online, popyt na akumulatory o większej gęstości energii, które są bezpieczne i niedrogie, stale rośnie.

Nowatorski mikroskop opracowany w celu zaprojektowania lepszych akumulatorów o wysokiej wydajności: Innowacja daje naukowcom wgląd w działanie akumulatorów

Houston, Teksas | Opublikowano 10 lutego 2023 r

Teraz zespół badawczy z University of Houston, we współpracy z naukowcami z Pacific Northwest National Laboratory i US Army Research Laboratory, opracował mikroskop interferencyjny z odbiciem operandowym (RIM), który zapewnia lepsze zrozumienie działania baterii, co ma istotne implikacje dla nowej generacji akumulatorów.

„Po raz pierwszy uzyskaliśmy wizualizację w czasie rzeczywistym dynamiki interfazy stałego elektrolitu (SEI)” – powiedział Xiaonan Shan, adiunkt inżynierii elektrycznej i komputerowej w Cullen College of Engineering UH i autor korespondent badania opublikowanego w czasopiśmie Nature Nanotechnologia. „Daje to kluczowy wgląd w racjonalne projektowanie interfaz, składnika baterii, który był najmniej zrozumiałą i stanowiącą największą przeszkodę w opracowywaniu elektrolitów do przyszłych akumulatorów”.

Wysoce czuły mikroskop pozwala naukowcom badać warstwę SEI, która jest niezwykle cienką i delikatną warstwą na powierzchni elektrody akumulatora, która określa wydajność akumulatora. Jego skład chemiczny i morfologia nieustannie się zmieniają, co sprawia, że badanie go jest wyzwaniem.

„Aby zrozumieć powstawanie i ewolucję SEI, potrzebne jest dynamiczne, nieinwazyjne i bardzo czułe narzędzie do obrazowania operando. Taka technika zdolna do bezpośredniego sondowania SEI była rzadka i wysoce pożądana ”- powiedział Yan Yao, wybitny profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej Hugh Roy i Lillie Cranz Cullen oraz współautor-korespondent, który pracował z Shan nad tym projektem dla ostatnie cztery lata.

„Wykazaliśmy, że RIM jest pierwszym tego rodzaju rozwiązaniem, które zapewnia krytyczny wgląd w mechanizm działania warstwy SEI i pomaga projektować lepsze akumulatory o wysokiej wydajności” – powiedział Yao, który jest także głównym badaczem w Texas Center for Superconductivity na Uniwersytecie w Houston.

Jak to działa?

Zespół badawczy zastosował w projekcie zasadę mikroskopii interferencyjno-odbiciowej, w której wiązka światła – skupiająca się na 600 nanometrach i szerokości widma około 10 nanometrów – była kierowana w stronę elektrod i warstw SEI i odbijana. Zebrane natężenie optyczne zawiera sygnały interferencyjne między różnymi warstwami, niosące ważne informacje o procesie ewolucji SEI i umożliwiające naukowcom obserwację całego procesu reakcji.

„RIM jest bardzo czuły na zmiany powierzchni, co pozwala nam monitorować tę samą lokalizację z dużą rozdzielczością przestrzenną i czasową” – powiedział doktorant UH, Guangxia Feng, który wykonał większość prac eksperymentalnych w ramach projektu.

Naukowcy zauważają, że większość badaczy baterii używa obecnie mikroskopów krioelektronowych, które wykonują tylko jedno zdjęcie w określonym czasie i nie mogą w sposób ciągły śledzić zmian w tym samym miejscu.

„Chciałem podejść do badań nad energią z innej perspektywy, dostosowując i opracowując nowe metody charakteryzacji i obrazowania, które dostarczają nowych informacji pozwalających zrozumieć mechanizm reakcji w procesach konwersji energii” — powiedział Shan, który specjalizuje się w opracowywaniu technik obrazowania i technik spektrometrii do badania elektrochemicznego reakcje magazynowania i konwersji energii. Tę nową technikę obrazowania można również zastosować w innych najnowocześniejszych systemach magazynowania energii.

Feng, który uzyskał stopień doktora. doktoryzował się w elektrotechnice na UH w 2022 roku, planuje kontynuować badania w rozwijającej się dziedzinie technologii akumulatorów.

„Aby zrealizować następną generację akumulatorów, niezbędne jest zrozumienie mechanizmów reakcji i nowatorskich materiałów” – powiedziała, dodając, że opracowywanie akumulatorów o wyższej energii jest również korzystne dla środowiska. „Zawsze chciałem być naukowcem, ponieważ dzięki nim mogą się dziać wielkie rzeczy dla ludzi i zmieniać świat na lepsze”.

Wu Xu z Pacific Northwest National Lab, ekspert w zakresie projektowania elektrolitów, pomagał w projektowaniu projektu i zapewniał krytyczny wgląd w stosowany elektrolit. Kang Xu, ekspert w badaniach SEI w Army Research Lab, dostarczył znaczących spostrzeżeń, które pomogą zrozumieć obserwowane zjawisko. Obaj są współautorami korespondującymi z artykułem.

Feng i inny student inżynierii UH, Yaping Shi, wraz z Hao Jia z PNNL, są głównymi autorami badania. Inni współpracownicy to Xu Yan, Yanliang Liang, Chaojie Yang i Ye Zhang z UH; Marka Engelharda z PNNL.

####

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
Rashda Khan
University of Houston

Prawa autorskie © Uniwersytet w Houston

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka: