Laut auslännesche Medienberichter huet eng Grupp vu Fuerscher am Brookhaven National Laboratory (Brookhaven National Laboratory) vum US Department of Energy (DOE) nei Detailer iwwer den internen Reaktiounsmechanismus vu Lithium-Metalanode-Batterien bestëmmt. , E wichtege Schrëtt fir méi bëlleg elektresch Gefierer Batterien.

Batteriefuerscher am Brookhaven National Laboratory (Bildquell: Brookhaven National Laboratory)

Remanufacturing vun Lithium Anode

Vun Smartphones bis elektresch Gefierer kënne mir d’Traditioun gesinn. Och wa Lithium Batterien et erméiglecht hunn vill Technologien wäit verbreet ze ginn, stellen se nach ëmmer Erausfuerderunge fir laang-Distanzkraaft fir elektresch Gefierer ze liwweren.

Battery500, eng Allianz gefouert vun Universitéitsfuerscher finanzéiert vum US Department of Energy’s Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) an dem US Department of Energy, zielt fir eng Batteriezell mat enger Energiedicht vu 500Wh/kg ze kreéieren. An anere Wierder, et ass zweemol d’Energiedicht vun de modernsten Batterien vun haut. Zu dësem Zweck konzentréiert d’Allianz op Batterien aus Lithium-Metallanoden.

Lithium Metal Batterien benotzen Lithium Metal als Anode. Am Géigesaz, benotzen déi meescht Lithium Batterien Grafit als Anode. “D’Lithiumanode ass ee vun de Schlësselfaktoren fir de Battery500 Energiedicht Zil z’erreechen”, hunn d’Fuerscher gesot. “De Virdeel ass datt d’Energiedicht zweemol déi vun existente Batterien ass. Als éischt ass d’spezifesch Kapazitéit vun der Anode ganz héich; zweetens, Dir kënnt eng méi héich Spannungsbatterie hunn, an d’Kombinatioun vun deenen zwee kann eng méi héich Energiedicht hunn.

Wëssenschaftler hunn laang d’Virdeeler vun Lithium Anoden unerkannt; Tatsächlech ass d’Lithiummetallanode déi éischt Anode, déi un d’Batteriekathode gekoppelt ass. Wéi och ëmmer, wéinst dem Mangel u “Reversibilitéit” vun der Anode, dat heescht d’Fäegkeet fir duerch eng reversibel elektrochemesch Reaktioun ze laden, hunn d’Batteriefuerscher endlech Graphitanoden anstatt Lithiummetallanode benotzt fir Lithiumbatterien ze maachen.

Elo, no Joerzéngte vu Fortschrëtter, sinn d’Fuerscher zouversiichtlech eng reversibel Lithium-Metallanode ze realiséieren fir d’Grenze vu Lithium-Batterien ze drécken. De Schlëssel ass den Interface, déi zolidd Materialschicht déi sech op den Elektroden vun der Batterie während der elektrochemescher Reaktioun formt.

“Wa mir dës Interface ganz verstinn, kann et wichteg Leedung fir d’Materialdesign an d’Fabrikatioun vun reversiblen Lithium Anoden ubidden”, soten d’Fuerscher. “Awer dës Interface ze verstoen ass eng ganz Erausfuerderung well et eng ganz dënn Schicht vu Material ass, nëmmen e puer Nanometer déck, an et ass empfindlech op Loft a Fiichtegkeet, sou datt d’Handhabung vu Proben komplizéiert ass.”

Dësen Interface gëtt an NSLS-II visualiséiert

Fir dës Erausfuerderungen ze léisen an d’chemesch Zesummesetzung an d’Struktur vun der Interface ze “gesinn”, hunn d’Fuerscher d’National Synchrotron Radiation Light Source II (NSLS-II) benotzt, eng Benotzeranlag vum DOE Science Office vum Brookhaven National Laboratory, deen produzéiert super helle Röntgenstrahlen fir d’Materialeigenschaften vun der Interface op der atomarer Skala ze studéieren.

Zousätzlech fir déi fortgeschratt Fäegkeeten vun nSLS-II ze benotzen, muss d’Team och eng Strahllinn benotzen (Experimentellstatioun), déi all Komponente vun der Interface erkennen kann, a benotzt héich-Energie (kuerzwellelängt) Röntgenstrahlen fir kristallin z’entdecken. an amorph Phasen.

“D’Chimie-Team huet den XPD Multi-Modus Approche ugeholl, mat zwou verschiddenen Techniken, déi vun der Beamline geliwwert ginn, Röntgendiffraktioun (XRD) a Verdeelungsfunktioun (PDF) Analyse”, soten d’Fuerscher. “XRD kann kristallin Phasen studéieren, an PDF kann amorph Phasen studéieren.”

XRD an PDF Analyse verroden spannend Resultater: Lithiumhydrid (LiH) existéiert an der Interface. Zënter Joerzéngte streiden d’Wëssenschaftler iwwer d’Existenz vu LiH an der Interface, déi Onsécherheet iwwer de Basisreaktiounsmechanismus erstellt deen d’Interface bilden.

“LiH a Lithiumfluorid (LiF) hu ganz ähnlech Kristallstrukturen. Eis Fuerderung iwwer d’Entdeckung vu LiH gouf vun e puer Leit a Fro gestallt, déi gleewen datt mir LiF fir LiH verwiessele “, sot de Fuerscher.

Am Hibléck op d’Kontrovers, déi an der Studie involvéiert ass, an d’technesch Erausfuerderunge fir LiH vu LiF z’ënnerscheeden, huet d’Fuerschungsteam decidéiert verschidde Beweiser fir d’Existenz vu LiH ze bidden, dorënner d’Experimenter vun der Loftbelaaschtung.

“Fuerscher soten: “LiF ass stabil an der Loft, awer LiH ass onbestänneg. Wa mir d’Interface op fiicht Loft aussetzen, a wann d’Quantitéit u Verbindung mat der Zäit erofgeet, kënne mir bestätegen datt mir wierklech LiH gesinn, net LiF, an et ass LiF. Wéinst der Schwieregkeet fir LiH vu LiF z’ënnerscheeden an d’Loftbelaaschtungsexperiment gouf ni virdru gemaach, LiH ass héchstwahrscheinlech fir LiF a ville Literaturberichter verwiesselt ze ginn, oder et gëtt net observéiert wéinst der LiH Zersetzung an engem fiichten Ëmfeld. ”

D’Fuerscher weider. “D’Probe Virbereedungsaarbecht gemaach vum PNNL ass kritesch fir dës Fuerschung. Mir de Verdacht datt vill Leit d’LiH net identifizéieren well hir Proben virum Experiment un engem fiichten Ëmfeld ausgesat waren. Wann Dir d’Proben net korrekt gesammelt hutt, versiegelt d’Proben a Versandproben, Dir kënnt LiH verpassen. ”

Zousätzlech fir d’Existenz vu LiH ze bestätegen, huet d’Team och en anert laangjäregt Geheimnis ronderëm LiF geléist. LiF gouf laang als e profitabele Bestanddeel vun der Interface ugesinn, awer kee versteet de Grond ganz. D’Team huet d’strukturell Differenzen vu LiF bannent der Interface an déi meescht vun de strukturellen Differenzen vu LiF selwer bestëmmt, a fonnt datt déi fréier den Transport vu Lithiumionen tëscht der Anode an der Kathode fördert.

Batteriewëssenschaftler vum Brookhaven National Laboratory, aner national Laboratoiren, an Universitéite schaffen weider. D’Fuerscher soten datt dës Resultater vill erfuerderlech praktesch Leedung fir d’Entwécklung vu Lithiummetallanoden ubidden.