การศึกษาพบกุญแจสำคัญในการปรับปรุงอายุการใช้งานแบตเตอรี่: ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาค

ตามรายงานของสื่อต่างประเทศ Feng Lin รองศาสตราจารย์ภาควิชาเคมีที่วิทยาลัยวิทยาศาสตร์เวอร์จิเนียเทค และทีมวิจัยของเขาพบว่าแบตเตอรี่ที่เสื่อมเร็วดูเหมือนจะได้รับแรงผลักดันจากคุณสมบัติของอนุภาคอิเล็กโทรดแต่ละตัว แต่หลังจากการชาร์จหลายสิบครั้ง หลังจากการวนซ้ำ วิธีที่อนุภาคเหล่านั้นมารวมกันมีความสำคัญมากกว่า

“การศึกษาครั้งนี้เผยให้เห็นความลับของวิธีการออกแบบและสร้างอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่เพื่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่ยาวนาน” Lin กล่าวปัจจุบัน ห้องปฏิบัติการของ Lin กำลังออกแบบอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ใหม่เพื่อสร้างสถาปัตยกรรมอิเล็กโทรดที่ชาร์จได้รวดเร็ว ต้นทุนต่ำ อายุการใช้งานยาวนานขึ้น และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

0
ความคิดเห็น
เก็บรวบรวม
ชอบ
เทคโนโลยี
การศึกษาพบกุญแจสำคัญในการปรับปรุงอายุการใช้งานแบตเตอรี่: ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาค
กัสกูหลิว หลี่ถิง5小时前
ตามรายงานของสื่อต่างประเทศ Feng Lin รองศาสตราจารย์ภาควิชาเคมีที่วิทยาลัยวิทยาศาสตร์เวอร์จิเนียเทค และทีมวิจัยของเขาพบว่าแบตเตอรี่ที่เสื่อมเร็วดูเหมือนจะได้รับแรงผลักดันจากคุณสมบัติของอนุภาคอิเล็กโทรดแต่ละตัว แต่หลังจากการชาร์จหลายสิบครั้ง หลังจากการวนซ้ำ วิธีที่อนุภาคเหล่านั้นมารวมกันมีความสำคัญมากกว่า

“การศึกษาครั้งนี้เผยให้เห็นความลับของวิธีการออกแบบและสร้างอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่เพื่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่ยาวนาน” Lin กล่าวปัจจุบัน ห้องปฏิบัติการของ Lin กำลังออกแบบอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ใหม่เพื่อสร้างสถาปัตยกรรมอิเล็กโทรดที่ชาร์จได้รวดเร็ว ต้นทุนต่ำ อายุการใช้งานยาวนานขึ้น และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

แหล่งที่มาของภาพ: เฟิง หลิน

“เมื่อสถาปัตยกรรมอิเล็กโทรดอนุญาตให้แต่ละอนุภาคตอบสนองต่อสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว เราจะมีกล่องเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมในการชาร์จแบตเตอรี่อย่างรวดเร็ว” Lin กล่าว“เรารู้สึกตื่นเต้นที่จะช่วยให้เราเข้าใจเกี่ยวกับแบตเตอรี่ชาร์จเร็วราคาประหยัดรุ่นต่อไป-

การวิจัยนี้ดำเนินการร่วมกับห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติ SLAC ของกระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกา มหาวิทยาลัย Purdue และศูนย์รังสีซินโครตรอนแห่งยุโรปZhengrui Xu และ Dong Ho นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องแล็บของ Lin ยังเป็นผู้เขียนร่วมในรายงานนี้ การผลิตอิเล็กโทรดชั้นนำ การผลิตแบตเตอรี่ และการวัดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ และให้ความช่วยเหลือในการทดลองด้วยรังสีเอกซ์และการวิเคราะห์ข้อมูล

“องค์ประกอบพื้นฐานคืออนุภาคเหล่านี้ที่ประกอบเป็นอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ แต่เมื่อขยายขนาด อนุภาคเหล่านี้จะโต้ตอบซึ่งกันและกัน” นักวิทยาศาสตร์ของ SLAC Yijin Liu เพื่อนร่วมงานจาก Stanford Synchrotron Radiation Light Source (SSRL) กล่าว“ถ้าคุณต้องการสร้างแบตเตอรี่ที่ดีขึ้น คุณต้องรู้วิธีการรวมอนุภาคเข้าด้วยกัน”

ส่วนหนึ่งของการศึกษานี้ Lin, Liu และเพื่อนร่วมงานคนอื่นๆ ใช้เทคนิคการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อศึกษาว่าอนุภาคแต่ละชนิดที่ประกอบเป็นขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้จะพังทลายลงเมื่อเวลาผ่านไปอย่างไรเป้าหมายในครั้งนี้คือการศึกษาไม่ใช่แค่อนุภาคแต่ละตัวเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงวิธีที่อนุภาคเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อยืดหรือลดอายุการใช้งานแบตเตอรี่เป้าหมายสูงสุดคือการเรียนรู้วิธีใหม่ๆ ในการยืดอายุของการออกแบบแบตเตอรี่

ส่วนหนึ่งของการศึกษานี้ ทีมงานได้ศึกษาแคโทดของแบตเตอรี่ด้วยรังสีเอกซ์พวกเขาใช้เอกซเรย์เอกซเรย์เพื่อสร้างภาพ 3 มิติของแคโทดของแบตเตอรี่ขึ้นใหม่หลังจากรอบการชาร์จที่แตกต่างกันจากนั้นพวกเขาจึงตัดภาพ 3 มิติเหล่านี้ออกเป็นชิ้น 2 มิติและใช้วิธีการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อระบุอนุภาคนอกจาก Lin และ Liu แล้ว การศึกษายังรวมถึง Jizhou Li นักวิจัยหลังปริญญาเอก SSRL, Keije Zhao ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลของ Purdue University และ Nikhil Sharma นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจาก Purdue University

ในที่สุดนักวิจัยก็สามารถระบุอนุภาคแต่ละตัวได้มากกว่า 2,000 อนุภาค โดยคำนวณไม่เพียงแต่ลักษณะเฉพาะของอนุภาคแต่ละตัว เช่น ขนาด รูปร่าง และความขรุขระของพื้นผิว แต่ยังรวมถึงคุณลักษณะต่างๆ เช่น ความถี่ที่อนุภาคสัมผัสกันโดยตรง และจำนวนอนุภาคที่เปลี่ยนรูปร่าง

จากนั้น พวกเขาดูว่าคุณสมบัติแต่ละอย่างทำให้อนุภาคแตกตัวได้อย่างไร และพบว่าหลังจากรอบการชาร์จ 10 รอบ ปัจจัยที่ใหญ่ที่สุดคือคุณสมบัติของอนุภาคแต่ละตัว รวมถึงความกลมของอนุภาคและอัตราส่วนของปริมาตรอนุภาคต่อพื้นที่ผิวอย่างไรก็ตาม หลังจากผ่านไป 50 รอบ คุณสมบัติการจับคู่และการจัดกลุ่มทำให้เกิดการสลายตัวของอนุภาค เช่น อนุภาคทั้งสองอยู่ห่างกันมากเพียงใด รูปร่างเปลี่ยนแปลงไปมากน้อยเพียงใด และอนุภาครูปลูกฟุตบอลที่ยาวกว่านั้นมีทิศทางที่คล้ายคลึงกันหรือไม่

“เหตุผลไม่ได้เป็นเพียงตัวอนุภาคอีกต่อไป แต่เป็นปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคและอนุภาค” หลิวกล่าวการค้นพบนี้มีความสำคัญเนื่องจากหมายความว่าผู้ผลิตสามารถพัฒนาเทคนิคในการควบคุมคุณสมบัติเหล่านี้ได้ตัวอย่างเช่น พวกเขาอาจสามารถใช้สนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าเพื่อจัดเรียงอนุภาคที่มีความยาวให้ชิดกัน การค้นพบล่าสุดชี้ให้เห็นว่าสิ่งนี้จะช่วยยืดอายุแบตเตอรี่ได้”

Lin กล่าวเพิ่มเติมว่า “เราได้ค้นคว้าอย่างเข้มข้นถึงวิธีทำให้แบตเตอรี่ EV ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพภายใต้สภาวะการชาร์จที่รวดเร็วและอุณหภูมิต่ำนอกเหนือจากการออกแบบวัสดุใหม่ที่สามารถลดต้นทุนแบตเตอรี่ได้โดยใช้วัตถุดิบที่ถูกกว่าและมีปริมาณมากขึ้นแล้ว ห้องปฏิบัติการของเรา ยังมีความพยายามอย่างต่อเนื่องในการทำความเข้าใจพฤติกรรมของแบตเตอรี่ที่อยู่ห่างไกลจากความสมดุลเราได้เริ่มศึกษาวัสดุแบตเตอรี่และการตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง”