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Halten Sie den Atem an für eine bessere Batterie
2021-07-20

Halten Sie den Atem an für eine bessere Batterie

Jüngste Forschungen haben ergeben, dass Sauerstoff die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien bisher unterschätzt hat.neu veröffentlichte Forschungen aus Japan und den USA haben versucht, die chemischen Reaktionen im Herzen der Lithium-Ionen-Speicherung genauer zu untersuchen; und die kumulativen Auswirkungen, die winzige Mengen an Sauerstoff, die während dieser Reaktionen freigesetzt werden, auf die Batterieleistung und -sicherheit haben können, besser zu charakterisieren.

obwohl Lithium-Ionen-Batterien bereits verschiedene Geräte mit Strom versorgen, auf die wir täglich angewiesen sind, und ihre Präsenz in Fahrzeugen und Stromnetzen ist schnell ansteigend , hat die Technologie noch einige Defizite in Sachen Leistung und Langlebigkeit.

Ein Großteil der Forschung, die zur Verbesserung der heutigen Batterietechnologien im Gange ist, konzentriert sich auf Arbeiten mit neuen Materialien , auch in Bezug auf die Lieferkette und Umweltbedenken im Zusammenhang mit mehreren häufig untersuchten Materialien.Aber welches Material auch immer verwendet wird, ausgefeilte neue Techniken, die es Wissenschaftlern ermöglichen, die Mechanismen der Batterie bis ins kleinste Detail zu beobachten, werden entscheidend sein, um zu verstehen, wo die Probleme auftreten, die die Leistung beeinträchtigen, und wie sie umgangen werden können.

Zwei im letzten Monat veröffentlichte separate Studien haben solche Techniken verwendet, um die Rolle von Sauerstoff bei der Leistung von Lithium-Ionen-Batterien zu untersuchen.Es war bereits bekannt, dass beim Laden und Entladen der Batterie winzige Mengen Sauerstoff freigesetzt werden.aber das winzige Ausmaß dieses Prozesses macht es schwierig, ihn zu beobachten, und die weitergehenden Auswirkungen des Sauerstoffverlusts sind nicht gut verstanden.„Die Gesamtmenge des Sauerstoffverlusts bei mehr als 500 Lade- und Entladezyklen der Batterie beträgt 6%“, erklärte Peter Csernica, ein Wissenschaftler bei Universität in Stanford der an einer der Studien mitgearbeitet hat.„Das ist keine kleine Zahl, aber wenn man versucht, die Sauerstoffmenge zu messen, die bei jedem Zyklus austritt, ist es etwa ein Hundertstel Prozent.â€

in der Studie unter der Leitung von Universität in Stanford , die Gruppe schnitt Batterieelektroden nach dem Radfahren auf und scannte Proben unter Verwendung eines Röntgenmikroskops; und kombiniert dies mit computergestützter Bildgebung, um die Struktur im Nanomaßstab zu beobachten.Sie schossen auch Röntgenstrahlen durch ganze Elektroden, um zu bestätigen, dass ihre Beobachtungen im Nanobereich auf das gesamte Bauteil übertragen werden könnten.Ergebnisse dieser Analyse wurden veröffentlicht in Naturenergie. die gruppe fand heraus, dass sauerstoff anfangs in einem „explosion“ von der oberfläche und dann in einem langsameren „rinnen“ aus dem tieferen kathodeninneren freigesetzt wird.

und sie fanden heraus, dass die Freisetzung von Sauerstoff die Struktur der Kathode grundlegend verändert: „Wenn Sauerstoff austritt, wandern umgebende Mangan-, Nickel- und Kobaltatome.alle Atome tanzen aus ihrer Idealposition heraus.diese umlagerung von metallionen, zusammen mit chemischen veränderungen, die durch den fehlenden sauerstoff verursacht werden, verschlechtern mit der zeit die spannung und die effizienz der batterie“, erklärt William chueh, außerordentlicher Professor in stanford.„Die Menschen kennen seit langem Aspekte dieses Phänomens, aber der Mechanismus war unklar.â€

in einer separaten Studie, veröffentlicht in Advanced Energy Materials, Wissenschaftler unter der Leitung von Japans Tohoku-Universität fanden heraus, dass in einer Kathode, die auf gleichen Mengen an Nickel, Kobalt und Mangan basiert, die Sauerstofffreisetzung mehrere unerwünschte Reaktionen erleichtert, die die Batteriestruktur beeinträchtigen, und dass das Vorhandensein von hochvalentem Nickel in der Kathode zu einer höheren Sauerstofffreisetzung führt, und dass der Prozess insgesamt die Fähigkeit der Batterie verringert, eine ausgewogene Ladung zu halten (die Wertigkeit ist ein Maß für die Fähigkeit eines Elements, sich mit anderen Atomen zu verbinden).

„Unsere Erkenntnisse werden zur Weiterentwicklung von Batterien mit hoher Energiedichte und robuster Batterien der nächsten Generation aus Übergangsmetalloxiden beitragen“, sagte Tohoku-Universität Forscher Takashi Nakamura.

Durch die Hervorhebung der Rolle des Sauerstoffs bei der Batteriedegradation und die Bestätigung, dass er ein wichtigeres Puzzleteil sein könnte als bisher angenommen, versprechen beide Studien, die Grundlage für zukünftige Arbeiten zu liefern, die Begrenzungen berücksichtigen oder sogar darauf konzentrieren den Sauerstoffverlust beim Radfahren und die daraus resultierenden schädlichen Auswirkungen auf die Batterie.


※ Artikel aus dem Netz reproduziert, bei Verstoß bitte zum Löschen kontaktieren


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