እንደ የውጭ ሚዲያ ዘገባዎች ፣ በዩኤስ የኃይል ክፍል (DOE) የብሩክሃቨን ብሔራዊ ላቦራቶሪ (ብሩክሃቨን ናሽናል ላቦራቶሪ) የተመራማሪዎች ቡድን ስለ ሊቲየም ብረት አኖድ ባትሪዎች ውስጣዊ ምላሽ ዘዴ አዲስ ዝርዝሮችን ወስኗል። , ርካሽ የኤሌክትሪክ ተሽከርካሪ ባትሪዎች አስፈላጊ እርምጃ.

የባትሪ ተመራማሪዎች በብሩክሃቨን ናሽናል ላብራቶሪ (የምስል ምንጭ፡ Brookhaven National Laboratory)

የሊቲየም አኖድ እንደገና ማምረት

ከስማርት ስልኮች እስከ ኤሌክትሪክ ተሸከርካሪዎች ባህሉን ማየት እንችላለን። ምንም እንኳን የሊቲየም ባትሪዎች ብዙ ቴክኖሎጂዎችን በስፋት ጥቅም ላይ እንዲውሉ ቢያደርጉም, ለኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች የረጅም ርቀት ኃይልን በማቅረብ ረገድ አሁንም ተግዳሮቶች ያጋጥሟቸዋል.

Battery500፣ በዩኒቨርሲቲ ተመራማሪዎች የሚመራ ጥምረት በዩኤስ የኃይል ዲፓርትመንት የፓሲፊክ ሰሜን ምዕራብ ናሽናል ላቦራቶሪ (PNNL) እና በዩኤስ ኢነርጂ ዲፓርትመንት የተደገፈ ሲሆን ዓላማው 500Wh/kg የኃይል ጥንካሬ ያለው የባትሪ ሕዋስ ለመፍጠር ነው። በሌላ አነጋገር፣ ዛሬ ካሉት በጣም የላቁ ባትሪዎች የኃይል ጥንካሬ በእጥፍ ይበልጣል። ለዚህም, ህብረቱ የሚያተኩረው ከሊቲየም ሜታል አኖዶች የተሠሩ ባትሪዎች ላይ ነው.

የሊቲየም ብረት ባትሪዎች የሊቲየም ብረትን እንደ አኖድ ይጠቀማሉ. በአንፃሩ፣ አብዛኞቹ የሊቲየም ባትሪዎች ግራፋይትን እንደ አኖድ ይጠቀማሉ። “ሊቲየም አኖድ የባትሪ 500 የኢነርጂ እፍጋት ግብ ላይ ለመድረስ ቁልፍ ከሆኑ ነገሮች አንዱ ነው” ብለዋል ተመራማሪዎቹ። “ጥቅሙ የኢነርጂ እፍጋቱ አሁን ካሉት ባትሪዎች በእጥፍ ይበልጣል። በመጀመሪያ, የአኖድ ልዩ አቅም በጣም ከፍተኛ ነው; ሁለተኛ፣ ከፍተኛ የቮልቴጅ ባትሪ ሊኖርህ ይችላል፣ እና የሁለቱ ጥምረት ከፍ ያለ የኢነርጂ ጥግግት ሊኖረው ይችላል።

የሳይንስ ሊቃውንት የሊቲየም አኖዶችን ጥቅሞች ለረጅም ጊዜ ተገንዝበዋል; እንደ እውነቱ ከሆነ, የሊቲየም ብረት አኖድ ከባትሪው ካቶድ ጋር የተጣመረ የመጀመሪያው አኖድ ነው. ይሁን እንጂ የአኖድ “ተገላቢጦሽ” እጥረት፣ ማለትም በሚቀለበስ ኤሌክትሮኬሚካላዊ ምላሽ የመሙላት ችሎታ፣ የባትሪ ተመራማሪዎች ሊቲየም ባትሪዎችን ለመስራት ከሊቲየም ብረት አኖዶች ይልቅ ግራፋይት አኖዶችን ተጠቅመዋል።

አሁን፣ ከብዙ አሥርተ ዓመታት እድገቶች በኋላ፣ ተመራማሪዎች የሊቲየም ባትሪዎችን ገደብ ለመግፋት የሚቀለበስ የሊቲየም ብረት አኖድ እንደሚገነዘቡ እርግጠኞች ናቸው። ቁልፉ በይነገጽ ነው, በኤሌክትሮኬሚካላዊ ምላሽ ጊዜ በባትሪው ኤሌክትሮዶች ላይ የሚፈጠረው ጠንካራ የቁስ ሽፋን.

ተመራማሪዎቹ “ይህን በይነገጽ ሙሉ በሙሉ ከተረዳን, ሊገለበጥ የሚችል የሊቲየም አኖዶችን ለቁሳዊ ንድፍ እና ለማምረት አስፈላጊ መመሪያ ሊሰጥ ይችላል” ብለዋል. “ነገር ግን ይህን በይነገጽ መረዳት በጣም ፈታኝ ነው ምክንያቱም በጣም ቀጭን የቁስ ንብርብር ነው, ወፍራም ጥቂት ናኖሜትር ብቻ ነው, እና ለአየር እና እርጥበት ስሜታዊ ነው, ስለዚህ ናሙናዎችን አያያዝ አስቸጋሪ ነው.”

ይህ በይነገጽ በ NSLS-II ውስጥ ይታያል

እነዚህን ተግዳሮቶች ለመፍታት እና የበይነገፁን ኬሚካላዊ ስብጥር እና አወቃቀሩን “ይመልከቱ” ተመራማሪዎቹ የብሩክሃቨን ናሽናል ላብራቶሪ የ DOE ሳይንስ ቢሮ የተጠቃሚ ተቋም የሆነውን ናሽናል ሲንክሮሮን ራዲዬሽን ብርሃን ምንጭ II (NSLS-II) ተጠቅመዋል። በአቶሚክ ሚዛን ላይ ያለውን የበይነገፁን የቁስ ባህሪያት ለማጥናት እጅግ በጣም ደማቅ ኤክስ-ሬይ።

ቡድኑ የ nSLS-II የላቀ አቅምን ከመጠቀም በተጨማሪ ሁሉንም የበይነገፁን አካላት መለየት የሚችል የጨረር መስመር (የሙከራ ጣቢያ) መጠቀም እና ክሪስታላይላይንን ለመለየት ከፍተኛ ኃይል (የአጭር ሞገድ ርዝመት) ኤክስሬይ መጠቀም ይኖርበታል። እና amorphous ደረጃዎች.

“የኬሚስትሪ ቡድን በጨረር, በኤክስሬይ ዲፍራክሽን (XRD) እና በስርጭት ተግባር (ፒዲኤፍ) ትንተና የተሰጡ ሁለት የተለያዩ ቴክኒኮችን በመጠቀም የ XPD ባለብዙ ሞድ አቀራረብን ተቀበለ” ብለዋል ተመራማሪዎቹ. “XRD ክሪስታላይን ደረጃዎችን ያጠናል ፣ እና ፒዲኤፍ አሞርፊክ ደረጃዎችን ያጠናል ።”

XRD እና ፒዲኤፍ ትንተና አስደሳች ውጤቶችን አሳይቷል፡ ሊቲየም ሃይድሬድ (ሊኤች) በይነገጹ ውስጥ አለ። ለብዙ አሥርተ ዓመታት ሳይንቲስቶች በይነገጽ ውስጥ ስላለው መሠረታዊ ምላሽ ዘዴ እርግጠኛ አለመሆንን በመፍጠር ስለ LiH በበይነገጽ ሲከራከሩ ቆይተዋል።

“LiH እና ሊቲየም ፍሎራይድ (LiF) በጣም ተመሳሳይ ክሪስታል አወቃቀሮች አሏቸው። ስለ LiH ግኝት ያለን የይገባኛል ጥያቄ በአንዳንድ ሰዎች LiF በ LiH እንሳሳታለን ሲሉ ተመራማሪው ተናግረዋል ።

በጥናቱ ውስጥ ካለው ውዝግብ እና LiH ከ LiF የመለየት ቴክኒካል ተግዳሮቶች አንጻር የምርምር ቡድኑ የአየር መጋለጥ ሙከራዎችን ማካሄድን ጨምሮ ለ LiH መኖር በርካታ ማስረጃዎችን ለማቅረብ ወስኗል።

ተመራማሪዎች እንዳሉት፡ “LiF በአየር ውስጥ የተረጋጋ ነው፣ ነገር ግን ሊኤች ያልተረጋጋ ነው። በይነገጹን ለእርጥበት አየር ካጋለጥነው፣ እና የግቢው መጠን ከጊዜ ወደ ጊዜ ከቀነሰ፣ በእርግጥም LiF ሳይሆን LiH እያየን መሆኑን እናረጋግጣለን። LiHን ከ LiF የመለየት አስቸጋሪነት እና የአየር መጋለጥ ሙከራው ከዚህ በፊት ታይቶ በማይታወቅ ሁኔታ LiH በብዙ የስነ-ጽሁፍ ዘገባዎች ላይ LiH ተብሎ ሊታሰር ይችላል ወይም እርጥበት ባለበት አካባቢ በ LiH መበስበስ ምክንያት አይታይም። ”

ተመራማሪው ቀጠሉ። “በፒኤንኤንኤል የተደረገው የናሙና ዝግጅት ስራ ለዚህ ጥናት ወሳኝ ነው። ናሙናዎቻቸው ከሙከራው በፊት እርጥበት ላለው አካባቢ በመጋለጣቸው ብዙ ሰዎች LiHን መለየት አልቻሉም ብለን እንጠራጠራለን። ናሙናዎቹን በትክክል ካልሰበሰቡ፣ ናሙናዎቹን እና የማጓጓዣ ናሙናዎቹን ያሽጉ፣ LiH ሊያመልጥዎ ይችላል። ”

ቡድኑ የሊኤች መኖሩን ከማረጋገጡ በተጨማሪ በLiF ዙሪያ ሌላ ለረጅም ጊዜ የቆየ እንቆቅልሽ ፈትቷል። LiF ከረዥም ጊዜ ጀምሮ የበይነገጽ ጠቃሚ አካል ተደርጎ ተወስዷል፣ ነገር ግን ምክንያቱን ማንም አልተረዳም። ቡድኑ የ LiF መዋቅራዊ ልዩነቶችን በመገናኛው ውስጥ እና አብዛኛው የ LiF መዋቅራዊ ልዩነቶችን ወስኗል እናም የቀድሞው በአኖድ እና በካቶድ መካከል የሊቲየም ionዎችን ማጓጓዝ አስተዋውቋል።

ከብሩክሃቨን ናሽናል ላብራቶሪ፣ ሌሎች ብሄራዊ ቤተ ሙከራዎች እና ዩኒቨርሲቲዎች የባትሪ ሳይንቲስቶች መስራታቸውን ቀጥለዋል። ተመራማሪዎቹ እነዚህ ውጤቶች ለሊቲየም ብረታ ብረት አኖዶች እድገት በጣም አስፈላጊ የሆነ ተግባራዊ መመሪያ እንደሚሰጡ ተናግረዋል.