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            中子成像技能:追寻电池电极中的锂离子!

            admin 2019-05-15 256人围观 ,发现0个评论

            导读

            据美国弗吉尼亚大学官网近来报导,该校研讨人员正在橡树岭家试验室选用中子成像技能,探查锂离子电池并深化了解电池资料和汉寿天气结构的电化学特性。

            布景

            到2023年,锂离子电池有望具有470亿美元的商场价值。锂离子电池现已广泛使用于许多范畴,由于它们可供给相对较高的能量密度(存储容量),较高的作业电压,较长的保存期限,较少的“回忆效应”。回忆效应,是指可充电电池的最大容量由于之前运用中的不完全放电而削减。中子成像技能:追寻电池电极中的锂离子!

            诺基亚手机的锂离子电池(图片来历:维基百科)

            Nissan Leaf 轿车中子成像技能:追寻电池电极中的锂离子!的锂离子电池组(图片来历:维基百科)

            笔记本电脑的锂离子电池(图片来历:维基百科)

            可是,安全性、充放电循环、预期运用寿数等要素继续约束了锂离子电池在电动轿车等重型使用中的功率。

            立异

            近来,美国弗吉尼亚大学工程学院的研讨人员们正在橡树岭国家试验室(ORNL)选用中子成像技能,探查锂离子电池并深化了解电池资料和结构的电化学特性。他们的研讨宣布在《电源(Power Sources)》期刊上。在研讨中,他们专心于选用两种电活性资料“钛酸锂和锂钴氧化物”的薄烧结与厚烧结样本,追寻了锂离子电池电极中的锂化(lithiation)和脱锂(delithiation)进程,或许说充电与放电进程。

            (图片来历:ORNL/Genevieve Martin)

            技能

            了解锂是如安在电池电极中运动的,关于中子成像技能:追寻电池电极中的锂离子!规划以更快速度充放电的电池来说很重要。在一些电池中,这是一个最缓慢的进程。这意味着,提高经过电极的锂运动将使电池的充电速度变快许多。

            美国弗吉尼亚大学工程学院化学工程系副教授加里柯宁(Gary Koenig)表中子成像技能:追寻电池电极中的锂离子!明:“当电极相对较厚时,锂离子经过多孔资料和隔阂结构的输运,约束了充放电速率。为了开发新办法以改进经过电极中电解质填充的多孔空地区的锂离子输运,咱们首要需求能在充放电进程中,追寻电池中的离子输运和散布。”

            柯宁称,其他的技能例如高分辨率X射线衍射,可供给电化学进程期间具体的结构化数据,可是这种办法一般让相对较大的资料体积变得均匀化。类似地,X射线相位成像能使锂电池电解质中的盐浓度变得形象化,可是这项技能需求特别的光谱化学单元,而且只能拜访电极区域之间的成分信息。

            为了获取更大面积的具体信息,研讨人员选用坐落橡树岭家试验室高通量同位素反响堆的冷中子成像束线中的中子,展开他们的研讨。

            柯宁研讨小组的研讨生、论文领导作者聂子扬(音译)表明:“锂关于中子来说具有很大的吸收系数,这意味着经过资料的中子关于锂浓度高度灵敏。咱们展现了咱们能够选用中子射线照相法,追寻锂电池内部薄与厚的金属氧化物正极中的原地锂化反响。由于中子的穿透性高,所以咱们无需为了剖析来定做电池,就能跨过包括电极和电解质的整个活性区域来追寻锂。”

            (图片来历:参考资料【1】)

            关于协助了解不均匀性(机械、结构、输运和动力学特性的部分改动)对电池寿数和功能发生的影响来说,比较厚与薄的电极中的锂化进程很有必要。部分不均匀性也会带来不均匀的电池电流、温度、电荷状况和老化。一般来说,跟着电极厚度添加,不均匀性关于电池功能发生的晦气影响也会添加。可是,假如较厚的正负极在电池中的使用不会影响其他要素,那么这将有利于提高能量存储容量。

            关于初始试验来说,薄的钛酸锂电极样本的厚度为0.738毫米,锂钴氧化物电极的厚度为0.463毫米,而厚的钛酸锂和锂钴氧化物电极的厚度分别为:0.886毫米与0.640毫米。

            价值

            柯宁表明:“咱们当时的方针是开发一个模型,以协助咱们了解怎么改动电极的结构,例如改动资料的朝向或许散布,来改进离子输运特性。经过不同的时刻点,关于每个样本进行成像,咱们能够构造出锂散布的二维图画。未来,咱们计划在中子束中旋转咱们的样本,供给能够更具体地展现关于不均匀性怎么影响离子输运的三维信息。”

            关键字

            锂电子电池、电极、成像

            参考资料

            【1】Ziyang Nie, Patrick McCormack, Hassina Z. Bilheux, Jean C. Bilheux, J. Pierce Robinson, Jagjit Nanda, Gary M. Koenig. Probing lithiation and delithiation of thick sintered lithium-ion battery electrodes with neutron imaging. Journal of Power Sources, 2019; 419: 127 DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.02.075

            【2】https://engineering.virginia.edu/news/2019/04/through-中子成像技能:追寻电池电极中的锂离子!thick-and-thin-neutrons-track-lithium-ions-battery-electrodes

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