Miturut laporan media asing, klompok peneliti ing Laboratorium Nasional Brookhaven (Laboratorium Nasional Brookhaven) Departemen Energi AS (DOE) wis nemtokake rincian anyar babagan mekanisme reaksi internal baterei anoda logam lithium. , Langkah penting kanggo baterei kendaraan listrik sing luwih murah.

Peneliti baterei ing Brookhaven National Laboratory (Sumber gambar: Brookhaven National Laboratory)

Remanufacturing saka Lithium Anode

Saka smartphone nganti kendaraan listrik, kita bisa ndeleng tradhisi kasebut. Sanajan baterei lithium wis akeh teknologi sing bisa digunakake kanthi wiyar, dheweke isih ngadhepi tantangan kanggo nyedhiyakake daya jarak adoh kanggo kendaraan listrik.

Battery500, aliansi sing dipimpin peneliti universitas sing didanai dening Laboratorium Nasional Pasifik Barat Laut (PNNL) Departemen Energi AS lan Departemen Energi AS, duwe tujuan nggawe sel baterei kanthi kapadhetan energi 500Wh/kg. Ing tembung liyane, iku kaping pindho Kapadhetan energi saka baterei paling canggih saiki. Kanggo tujuan iki, aliansi kasebut fokus ing baterei sing digawe saka anoda logam lithium.

Baterei logam litium nggunakake logam litium minangka anoda. Ing kontras, umume baterei lithium nggunakake grafit minangka anoda. “Anoda lithium minangka salah sawijining faktor kunci kanggo nggayuh tujuan Kapadhetan energi Battery500,” ujare peneliti. “Kauntungane yaiku kapadhetan energi kaping pindho tinimbang baterei sing ana. Kaping pisanan, kapasitas spesifik anoda dhuwur banget; kaloro, sampeyan bisa duwe baterei voltase sing luwih dhuwur, lan kombinasi saka loro bisa duwe Kapadhetan energi luwih.

Para ilmuwan wis suwe ngerteni kaluwihan anoda lithium; nyatane, anode logam lithium minangka anoda pisanan sing digandhengake karo katoda baterei. Nanging, amarga kekurangan “reversibilitas” anoda, yaiku, kemampuan kanggo ngisi daya liwat reaksi elektrokimia sing bisa dibalik, peneliti baterei pungkasane nggunakake anoda grafit tinimbang anoda logam lithium kanggo nggawe baterei lithium.

Saiki, sawise pirang-pirang dekade kemajuan, peneliti yakin bisa nyadari anoda logam lithium sing bisa dibalik kanggo nyurung watesan baterei lithium. Intine yaiku antarmuka, lapisan materi padhet sing dibentuk ing elektroda baterei sajrone reaksi elektrokimia.

“Yen kita bisa ngerti antarmuka iki kanthi lengkap, bisa menehi panuntun dhumateng penting kanggo desain materi lan pabrik anoda lithium sing bisa dibalik,” ujare peneliti. “Nanging ngerteni antarmuka iki cukup tantangan amarga lapisan materi sing tipis banget, mung sawetara nanometer kandel, lan sensitif marang udhara lan kelembapan, mula nangani conto angel.”

Antarmuka iki digambarake ing NSLS-II

Kanggo ngatasi tantangan kasebut lan “ndeleng” komposisi kimia lan struktur antarmuka, para peneliti nggunakake Sumber Cahaya Radiasi Synchrotron Nasional II (NSLS-II), fasilitas pangguna saka DOE Science Office of Brookhaven National Laboratory, sing ngasilake. sinar-X super padhang kanggo nyinaoni sifat materi antarmuka ing skala atom.

Saliyane nggunakake kemampuan canggih nSLS-II, tim kasebut uga kudu nggunakake jalur sinar (stasiun eksperimen) sing bisa ndeteksi kabeh komponen antarmuka, lan nggunakake sinar-X energi dhuwur (panjang gelombang cendhak) kanggo ndeteksi kristal. lan fase amorf.

“Tim kimia nganggo pendekatan multi-mode XPD, nggunakake rong teknik beda sing diwenehake dening beamline, difraksi sinar-X (XRD) lan analisis fungsi distribusi (PDF),” ujare peneliti. “XRD bisa nyinaoni fase kristal, lan PDF bisa nyinaoni fase amorf.”

Analisis XRD lan PDF nuduhake asil sing nyenengake: Lithium hydride (LiH) ana ing antarmuka. Wis pirang-pirang dekade, para ilmuwan wis mbantah babagan eksistensi LiH ing antarmuka, nggawe kahanan sing durung mesthi babagan mekanisme reaksi dhasar sing mbentuk antarmuka kasebut.

“LiH lan lithium fluoride (LiF) duwe struktur kristal sing padha. Pratelan kita babagan panemuan LiH wis ditakoni dening sawetara wong sing percaya yen kita salah LiF kanggo LiH, “ujare peneliti.

Ing tampilan saka kontrovèrsi melu ing sinau lan tantangan technical mbedakake LiH saka LiF, tim riset mutusaké kanggo nyedhiyani macem-macem bukti kanggo orane LiH, kalebu nganakake eksperimen cahya udhara.

“Peneliti ngandika:” LiF stabil ing udhara, nanging LiH ora stabil. Yen kita mbabarake antarmuka kanggo udhara lembab, lan yen jumlah senyawa sudo liwat wektu, kita bisa konfirmasi sing kita saestu ndeleng LiH, ora LiF, lan iku LiF. Amarga angel mbedakake LiH saka LiF lan eksperimen pajanan udhara durung nate ditindakake, LiH paling mungkin disalahake minangka LiF ing akeh laporan literatur, utawa ora diamati amarga dekomposisi LiH ing lingkungan sing lembab. ”

Panliti nerusake. “Karya persiapan sampel sing ditindakake dening PNNL penting kanggo riset iki. Kita curiga manawa akeh wong sing gagal ngenali LiH amarga contone katon ing lingkungan sing lembab sadurunge eksperimen. Yen sampeyan ora ngumpulake conto kanthi bener, segel conto lan conto Pengiriman, sampeyan bisa uga ora kejawab LiH. ”

Saliyane ngonfirmasi eksistensi LiH, tim kasebut uga ngrampungake misteri liyane sing wis suwe ana ing sekitar LiF. LiF wis suwe dianggep minangka komponen antarmuka sing migunani, nanging ora ana sing ngerti sebabe. Tim kasebut nemtokake beda struktural LiF ing antarmuka lan umume beda struktural LiF dhewe, lan nemokake yen sing pisanan ningkatake transportasi ion lithium antarane anoda lan katoda.

Ilmuwan baterei saka Laboratorium Nasional Brookhaven, laboratorium nasional liyane, lan universitas terus kerja sama. Para panaliti ujar manawa asil kasebut bakal menehi pandhuan praktis sing dibutuhake kanggo pangembangan anoda logam lithium.