AZƏRTAC xarici KİV-lərə istinadla xəbər verir ki, ABŞ Energetika Nazirliyinin (DOE) Brookhaven Milli Laboratoriyasının (Brookhaven National Laboratory) bir qrup tədqiqatçısı litium metal anod batareyalarının daxili reaksiya mexanizmi ilə bağlı yeni detallar müəyyən edib. , Daha ucuz elektrik avtomobil akkumulyatorları üçün mühüm addım.

Brookhaven Milli Laboratoriyasında batareya tədqiqatçıları (Şəkil mənbəyi: Brookhaven Milli Laboratoriyası)

Litium anodunun yenidən istehsalı

Ağıllı telefonlardan tutmuş elektrikli avtomobillərə qədər ənənəni görə bilərik. Litium batareyaları bir çox texnologiyaları geniş şəkildə istifadə etməyə imkan yaratsa da, onlar hələ də elektrik nəqliyyat vasitələri üçün uzun məsafəli enerji təmin etməkdə çətinliklərlə üzləşirlər.

ABŞ Enerji Departamentinin Sakit Okean Şimal-Qərb Milli Laboratoriyası (PNNL) və ABŞ Enerji Departamenti tərəfindən maliyyələşdirilən universitet tədqiqatçılarının rəhbərlik etdiyi Battery500 alyansı 500Wh/kq enerji sıxlığına malik batareya hüceyrəsi yaratmağı hədəfləyir. Başqa sözlə desək, bu, günümüzün ən qabaqcıl batareyalarından iki dəfə çox enerji sıxlığıdır. Bu məqsədlə alyans litium metal anodlardan hazırlanmış akkumulyatorlara diqqət yetirir.

Litium metal batareyaları anod kimi litium metaldan istifadə edir. Bunun əksinə olaraq, əksər litium batareyaları anod kimi qrafitdən istifadə edir. “Litium anod Battery500 enerji sıxlığı hədəfinə çatmaq üçün əsas amillərdən biridir” dedi tədqiqatçılar. “Üstünlüyü ondan ibarətdir ki, enerji sıxlığı mövcud batareyalardan iki dəfə çoxdur. Birincisi, anodun xüsusi tutumu çox yüksəkdir; ikincisi, daha yüksək gərginlikli batareyaya sahib ola bilərsiniz və ikisinin birləşməsi daha yüksək enerji sıxlığına sahib ola bilər.

Alimlər litium anodların üstünlüklərini çoxdan tanıyıblar; əslində, litium metal anod batareya katoduna qoşulmuş ilk anoddur. Bununla birlikdə, anodun “geri dönmə qabiliyyətinin”, yəni geri dönən elektrokimyəvi reaksiya vasitəsilə doldurulma qabiliyyətinin olmaması səbəbindən batareya tədqiqatçıları litium batareyaları hazırlamaq üçün litium metal anodlar əvəzinə qrafit anodlarından istifadə etdilər.

İndi, onilliklər boyu davam edən tərəqqidən sonra tədqiqatçılar litium batareyalarının sərhədlərini aşmaq üçün geri çevrilə bilən litium metal anodunu həyata keçirməyə əmindirlər. Əsas olan interfeys, elektrokimyəvi reaksiya zamanı batareyanın elektrodlarında əmələ gələn bərk material təbəqəsidir.

“Əgər biz bu interfeysi tam başa düşə bilsək, o, material dizaynı və geri çevrilə bilən litium anodların istehsalı üçün mühüm təlimat verə bilər” dedi tədqiqatçılar. “Ancaq bu interfeysi başa düşmək olduqca çətindir, çünki o, çox nazik material təbəqəsidir, cəmi bir neçə nanometr qalınlığındadır və havaya və rütubətə həssasdır, buna görə də nümunələrlə işləmək çətindir.”

Bu interfeys NSLS-II-də vizuallaşdırılıb

Bu problemləri həll etmək və interfeysin kimyəvi tərkibini və strukturunu “görmək” üçün tədqiqatçılar Brookhaven Milli Laboratoriyasının DOE Elm Ofisinin istifadəçi obyekti olan Milli Sinxrotron Radiasiya İşıq Mənbəsi II (NSLS-II) istifadə etdilər. atom miqyasında interfeysin maddi xüsusiyyətlərini öyrənmək üçün super parlaq rentgen şüaları.

Komanda nSLS-II-nin qabaqcıl imkanlarından istifadə etməklə yanaşı, həmçinin interfeysin bütün komponentlərini aşkar edə bilən şüa xəttindən (təcrübə stansiyası) istifadə etməli və kristalin aşkarlanması üçün yüksək enerjili (qısa dalğa uzunluğunda) rentgen şüalarından istifadə etməlidir. və amorf fazalar.

“Kimya qrupu, şüa xətti, rentgen şüalarının difraksiyası (XRD) və paylama funksiyası (PDF) analizi ilə təmin edilən iki fərqli texnikadan istifadə edərək XPD çox rejimli yanaşmasını qəbul etdi” dedi tədqiqatçılar. “XRD kristal fazaları, PDF isə amorf fazaları öyrənə bilər.”

XRD və PDF təhlili maraqlı nəticələr ortaya qoydu: Litium hidrid (LiH) interfeysdə mövcuddur. Onilliklər ərzində elm adamları interfeysdə LiH-nin mövcudluğu haqqında mübahisə edərək, interfeysi təşkil edən əsas reaksiya mexanizmi ilə bağlı qeyri-müəyyənlik yaradırlar.

“LiH və litium flüorid (LiF) çox oxşar kristal quruluşa malikdir. LiH-nin kəşfi ilə bağlı iddiamız, LiF-ni LiH ilə səhv saldığımıza inanan bəzi insanlar tərəfindən şübhə altına alındı”, – deyə tədqiqatçı bildirib.

Tədqiqata cəlb edilən mübahisələri və LiH-ni LiF-dən fərqləndirmək üçün texniki çətinlikləri nəzərə alaraq, tədqiqat qrupu LiH-nin mövcudluğuna dair çoxsaylı sübutlar təqdim etmək qərarına gəldi, o cümlədən havaya məruz qalma təcrübələri.

“Tədqiqatçılar dedilər: “LiF havada sabitdir, lakin LiH qeyri-sabitdir. Əgər interfeysi rütubətli havaya məruz qoysaq və zaman keçdikcə birləşmənin miqdarı azalarsa, biz həqiqətən LiF deyil, LiH gördüyümüzü təsdiqləyə bilərik və bu, LiF-dir. LiH-nin LiF-dən fərqləndirilməsinin çətinliyi və havaya məruz qalma təcrübəsi əvvəllər heç vaxt aparılmadığına görə, LiH çox güman ki, bir çox ədəbiyyat hesabatlarında LiF ilə səhv salınır və ya rütubətli mühitdə LiH parçalanması səbəbindən müşahidə edilmir. ”

Tədqiqatçı davam etdi. “PNNL tərəfindən görülən nümunə hazırlama işi bu tədqiqat üçün çox vacibdir. Təcrübədən əvvəl nümunələri nəmli bir mühitə məruz qaldığı üçün bir çox insanın LiH-ni müəyyən edə bilmədiyindən şübhələnirik. Nümunələri düzgün toplamamısınızsa, nümunələri və Göndərmə nümunələrini möhürləyin, LiH-ni əldən verə bilərsiniz. ”

LiH-nin mövcudluğunu təsdiqləməklə yanaşı, komanda LiF ilə bağlı daha bir çoxdankı sirri də həll etdi. LiF uzun müddətdir ki, interfeysin faydalı komponenti hesab olunur, lakin heç kim səbəbi tam başa düşmür. Komanda interfeys daxilində LiF-nin struktur fərqlərini və LiF-nin özünün struktur fərqlərinin əksəriyyətini təyin etdi və birincinin anod və katod arasında litium ionlarının nəqlini təşviq etdiyini tapdı.

Brookhaven Milli Laboratoriyasının, digər milli laboratoriyaların və universitetlərin akkumulyator alimləri əməkdaşlığı davam etdirirlər. Tədqiqatçılar bildiriblər ki, bu nəticələr litium metal anodların inkişafı üçün çox ehtiyac duyulan praktiki təlimatları verəcək.