Un nou microscop dezvoltat pentru a proiecta baterii mai bune de înaltă performanță: inovația oferă cercetătorilor o vedere din interior asupra modului în care funcționează bateriile

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Acasă > Anunturi > Un nou microscop dezvoltat pentru a proiecta baterii mai bune de înaltă performanță: inovația oferă cercetătorilor o vedere din interior asupra modului în care funcționează bateriile

După cum observă profesorul Xiaonan Shan, absolventul Universității din Houston Guangxia Feng lucrează la microscopul de interferență cu reflexie operantă (RIM) în interiorul unei „torpede”, deoarece electrolitul bateriei cu litiu-ion este inflamabil. CREDIT
Universitatea din Houston

Rezumat:
Bateriile litiu-ion au transformat viața de zi cu zi – aproape toată lumea are un smartphone, mai multe vehicule electrice pot fi observate pe drumuri și mențin generatoarele de energie în funcțiune în caz de urgență. Pe măsură ce mai multe dispozitive electronice portabile, vehicule electrice și implementări de rețea la scară largă sunt online, cererea pentru baterii cu densitate mai mare de energie, sigure și accesibile, continuă să crească.

Microscop nou dezvoltat pentru a proiecta baterii mai bune de înaltă performanță: inovația oferă cercetătorilor o vedere din interior asupra modului în care funcționează bateriile

Houston, TX | Postat pe 10 februarie 2023

Acum, o echipă de cercetare de la Universitatea din Houston, în colaborare cu cercetătorii de la Pacific Northwest National Laboratory și US Army Research Laboratory, a dezvoltat un microscop operando reflection interferference (RIM) care oferă o mai bună înțelegere a modului în care funcționează bateriile, ceea ce are implicații semnificative. pentru următoarea generație de baterii.

„Am realizat vizualizarea în timp real a dinamicii interfazei electrolitului solid (SEI) pentru prima dată”, a spus Xiaonan Shan, profesor asistent de inginerie electrică și informatică la Colegiul de Inginerie Cullen din UH și autor corespondent al unui studiu publicat în revista Nature. Nanotehnologie. „Acest lucru oferă o perspectivă cheie asupra designului rațional al interfazelor, o componentă a bateriei care a fost cea mai puțin înțeleasă și cea mai provocatoare barieră în calea dezvoltării electroliților pentru viitoarele baterii.”

Microscopul extrem de sensibil permite cercetătorilor să studieze stratul SEI, care este un strat extrem de subțire și fragil de pe suprafața electrodului bateriei care determină performanța bateriei. Compoziția chimică și morfologia sa se schimbă continuu, ceea ce face o provocare de studiat.

„Un instrument de imagistică operando dinamic, non-invaziv și de mare sensibilitate este necesar pentru a înțelege formarea și evoluția SEI. O astfel de tehnică capabilă să probeze direct SEI a fost rară și extrem de dezirabilă”, a spus Yan Yao, profesor distins de inginerie electrică și informatică Hugh Roy și Lillie Cranz Cullen și autor corespondent care a lucrat cu Shan la acest proiect pentru ultimii patru ani.

„Am demonstrat acum că RIM este primul de acest gen care oferă o perspectivă critică asupra mecanismului de lucru al stratului SEI și ajută la proiectarea bateriilor de înaltă performanță”, a spus Yao, care este și investigatorul principal al Centrului Texas pentru Superconductivitate. la Universitatea din Houston.

Abordarea Noastră

Echipa de cercetare a aplicat principiul microscopiei de reflexie prin interferență în proiect, unde fasciculul de lumină – centrat la 600 de nanometri cu lățimea spectrului de aproximativ 10 nanometri – a fost îndreptat spre electrozi și straturile SEI și reflectat. Intensitatea optică colectată conține semnale de interferență între diferite straturi, purtând informații importante despre procesul de evoluție al SEI și permițând cercetătorilor să observe întregul proces de reacție.

„RIM-ul este foarte sensibil la variațiile de suprafață, ceea ce ne permite să monitorizăm aceeași locație cu o rezoluție spațială și temporală ridicată la scară mare”, a spus studentul absolvent al UH Guangxia Feng, care a efectuat o mare parte din munca experimentală a proiectului.

Cercetătorii observă că majoritatea cercetătorilor în baterii folosesc în prezent microscoape crio-electron, care fac doar o fotografie la un anumit moment și nu pot urmări continuu modificările în aceeași locație.

„Am vrut să abordez cercetarea energetică dintr-un unghi diferit prin adaptarea și dezvoltarea de noi metode de caracterizare și imagistică care oferă noi informații pentru a înțelege mecanismul de reacție în procesele de conversie a energiei”, a spus Shan, care este specializat în dezvoltarea tehnicilor de imagistică și tehnici de spectrometrie pentru studiul electrochimic. reacții în stocarea și conversiile energiei. Această nouă tehnică de imagistică ar putea fi aplicată și altor sisteme de stocare a energiei de ultimă generație.

Feng, care a obținut un doctorat. în inginerie electrică de la UH în 2022, intenționează să continue cercetări în domeniul în creștere al tehnologiei bateriilor.

„Pentru a realiza următoarea generație de baterii, este esențial să înțelegem mecanismele de reacție și materialele noi”, a spus ea, adăugând că dezvoltarea bateriilor cu energie mai mare aduce beneficii și mediului. „Întotdeauna mi-am dorit să fiu om de știință pentru că ei pot face lucruri grozave să se întâmple oamenilor și pot schimba lumea în bine.”

Wu Xu de la Pacific Northwest National Lab, un expert în designul electroliților, a ajutat la proiectarea proiectului și a oferit informații critice despre electrolitul de utilizat. Kang Xu, un expert în cercetarea SEI la Laboratorul de Cercetare al Armatei, a oferit perspective semnificative pentru a ajuta la înțelegerea fenomenului observat. Ambii sunt autori corespondenți pentru lucrare.

Feng și un alt student la inginerie UH Yaping Shi, împreună cu Hao Jia de la PNNL, sunt autorii principali ai studiului. Alți contribuitori sunt Xu Yan, Yanliang Liang, Chaojie Yang și Ye Zhang de la UH; Mark Engelhard la PNNL.

####

Pentru mai multe informații, faceți clic pe aici

Contacte:
Rashda Khan
Universitatea din Houston

Drepturi de autor © Universitatea din Houston

Dacă aveți un comentariu, vă rog Contact ne.

Emitenții de comunicate de știri, nu 7th Wave, Inc. sau Nanotechnology Now, sunt singuri responsabili pentru acuratețea conținutului.

Bookmark: