Sumala sa mga taho sa langyaw nga media, usa ka grupo sa mga tigdukiduki sa Brookhaven National Laboratory (Brookhaven National Laboratory) sa US Department of Energy (DOE) ang nagtino sa bag-ong mga detalye bahin sa internal nga mekanismo sa reaksyon sa lithium metal anode nga mga baterya. , Usa ka importante nga lakang alang sa mas barato nga electric nga mga baterya sa sakyanan.

Mga tigdukiduki sa baterya sa Brookhaven National Laboratory (Gigikanan sa hulagway: Brookhaven National Laboratory)

Pag-usab sa Lithium Anode

Gikan sa mga smart phone hangtod sa mga de-koryenteng sakyanan, atong makita ang tradisyon. Bisan kung ang mga baterya sa lithium nakapahimo sa daghang mga teknolohiya nga kaylap nga gigamit, nag-atubang gihapon sila og mga hagit sa paghatag og layo nga gahum alang sa mga de-koryenteng salakyanan.

Ang Battery500, usa ka alyansa nga gipangulohan sa mga tigdukiduki sa unibersidad nga gipondohan sa US Department of Energy’s Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ug sa US Department of Energy, nagtumong sa paghimo og battery cell nga adunay energy density nga 500Wh/kg. Sa ato pa, doble kini sa densidad sa enerhiya sa labing abante nga mga baterya karon. Sa kini nga katuyoan, ang alyansa nagpunting sa mga baterya nga hinimo sa lithium metal anodes.

Ang lithium metal nga mga baterya naggamit sa lithium metal isip anode. Sa kasukwahi, kadaghanan sa mga baterya sa lithium naggamit sa graphite isip anode. “Ang lithium anode mao ang usa sa mga hinungdan nga hinungdan sa pagkab-ot sa Battery500 energy density nga tumong,” ang mga tigdukiduki miingon. “Ang bentaha mao nga ang densidad sa enerhiya doble sa naa na nga mga baterya. Una, ang piho nga kapasidad sa anode taas kaayo; ikaduha, mahimo kang adunay mas taas nga boltahe nga baterya, ug ang kombinasyon sa duha mahimong adunay mas taas nga densidad sa enerhiya.

Dugay nang giila sa mga siyentipiko ang mga bentaha sa lithium anodes; sa pagkatinuod, ang lithium metal anode mao ang unang anode inubanan sa battery cathode. Bisan pa, tungod sa kakulang sa “reversibility” sa anode, nga mao, ang abilidad sa pag-charge pinaagi sa usa ka reversible electrochemical reaction, ang mga tigdukiduki sa baterya mitapos sa paggamit sa graphite anodes imbes sa lithium metal anodes sa paghimo sa lithium batteries.

Karon, pagkahuman sa mga dekada nga pag-uswag, ang mga tigdukiduki masaligon nga makaamgo sa usa ka mabalik nga lithium metal anode aron maduso ang mga limitasyon sa mga baterya sa lithium. Ang yawe mao ang interface, ang solid nga materyal nga layer nga naporma sa mga electrodes sa baterya sa panahon sa electrochemical reaction.

“Kon kita hingpit nga makasabut niini nga interface, kini makahatag og importante nga giya alang sa materyal nga disenyo ug paghimo sa mabalik nga lithium anodes,” ang mga tigdukiduki miingon. “Apan ang pagsabut niini nga interface usa ka hagit tungod kay kini usa ka nipis kaayo nga layer sa materyal, pipila ra ka nanometer ang gibag-on, ug kini sensitibo sa hangin ug humidity, busa ang pagdumala sa mga sample lisud.”

Kini nga interface makita sa NSLS-II

Aron masulbad kini nga mga hagit ug “tan-awa” ang kemikal nga komposisyon ug istruktura sa interface, gigamit sa mga tigdukiduki ang National Synchrotron Radiation Light Source II (NSLS-II), usa ka pasilidad sa gumagamit sa DOE Science Office sa Brookhaven National Laboratory, nga nagpatungha. super hayag nga X-ray aron tun-an ang materyal nga mga kabtangan sa interface sa atomic scale.

Dugang sa paggamit sa mga advanced nga kapabilidad sa nSLS-II, ang team kinahanglan usab nga mogamit sa usa ka linya sa sinag (experimental station) nga makamatikod sa tanan nga mga sangkap sa interface, ug mogamit sa high-energy (mubo nga wavelength) nga X-ray aron makit-an ang kristal. ug amorphous nga mga hugna.

“Gisagop sa chemistry team ang XPD multi-mode approach, gamit ang duha ka lain-laing mga teknik nga gihatag sa beamline, X-ray diffraction (XRD) ug distribution function (PDF) analysis,” miingon ang mga tigdukiduki. “Ang XRD mahimong magtuon sa kristal nga mga hugna, ug ang PDF mahimong magtuon sa amorphous nga mga hugna.”

Ang XRD ug PDF analysis nagpadayag sa makapahinam nga mga resulta: Lithium hydride (LiH) anaa sa interface. Sulod sa mga dekada, ang mga siyentipiko naglalis bahin sa pagkaanaa sa LiH sa interface, nga nagmugna sa kawalay kasiguruhan bahin sa sukaranan nga mekanismo sa reaksyon nga nagporma sa interface.

“Ang LiH ug lithium fluoride (LiF) adunay parehas nga kristal nga mga istruktura. Ang among pag-angkon bahin sa pagkadiskobre sa LiH gikuwestiyon sa pipila ka mga tawo nga nagtuo nga kami nasayop sa LiF alang sa LiH, “miingon ang tigdukiduki.

Tungod sa kontrobersiya nga nalambigit sa pagtuon ug sa teknikal nga mga hagit sa pag-ila sa LiH gikan sa LiF, ang research team nakahukom sa paghatag og daghang mga piraso sa ebidensya alang sa paglungtad sa LiH, lakip na ang pagpahigayon sa mga eksperimento sa exposure sa hangin.

“Ang mga tigdukiduki miingon: “Ang LiF lig-on sa hangin, apan ang LiH dili lig-on. Kung atong ibutyag ang interface sa humid nga hangin, ug kung ang gidaghanon sa compound mokunhod sa paglabay sa panahon, atong mapamatud-an nga nakita gyud nato ang LiH, dili ang LiF, ug kini ang LiF. Tungod sa kalisud sa pag-ila sa LiH gikan sa LiF ug ang eksperimento sa pagkaladlad sa hangin wala pa nahimo kaniadto, ang LiH lagmit nga masayop sa LiF sa daghang mga taho sa literatura, o wala kini maobserbahan tungod sa pagkadunot sa LiH sa usa ka humid nga palibot. ”

Nagpadayon ang tigdukiduki. “Ang sampol nga trabaho sa pagpangandam nga gihimo sa PNNL hinungdanon sa kini nga panukiduki. Nagduda kami nga daghang mga tawo ang napakyas sa pag-ila sa LiH tungod kay ang ilang mga sample nahayag sa usa ka humid nga palibot sa wala pa ang eksperimento. Kung wala nimo makolekta ang mga sampol sa husto, selyo ang mga sampol ug mga sample sa Pagpadala, mahimo nimong makalimtan ang LiH. ”

Dugang sa pagkumpirma sa pagkaanaa sa LiH, nasulbad usab sa team ang usa pa ka dugay na nga misteryo nga naglibot sa LiF. Ang LiF dugay na nga giisip nga usa ka mapuslanon nga bahin sa interface, apan walay usa nga hingpit nga nakasabut sa hinungdan. Gitino sa team ang mga kalainan sa estruktura sa LiF sulod sa interface ug kadaghanan sa mga kalainan sa estruktura sa LiF mismo, ug nakit-an nga ang kanhi nagpasiugda sa transportasyon sa lithium ions tali sa anode ug sa cathode.

Ang mga siyentipiko sa baterya gikan sa Brookhaven National Laboratory, uban pang mga nasyonal nga laboratoryo, ug mga unibersidad nagpadayon sa pagtinabangay. Ang mga tigdukiduki nag-ingon nga kini nga mga resulta maghatag sa gikinahanglan nga praktikal nga giya alang sa pagpalambo sa lithium metal anodes.