ອີງຕາມການລາຍງານຂອງສື່ມວນຊົນຕ່າງປະເທດ, ກຸ່ມນັກຄົ້ນຄວ້າທີ່ຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດ Brookhaven (ຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດ Brookhaven) ຂອງກະຊວງພະລັງງານສະຫະລັດ (DOE) ໄດ້ກໍານົດລາຍລະອຽດໃຫມ່ກ່ຽວກັບກົນໄກປະຕິກິລິຍາພາຍໃນຂອງຫມໍ້ໄຟ anode ໂລຫະ lithium. , ເປັນຂັ້ນຕອນທີ່ສໍາຄັນສໍາລັບຫມໍ້ໄຟຍານພາຫະນະໄຟຟ້າລາຄາຖືກກວ່າ.

ນັກຄົ້ນຄວ້າຫມໍ້ໄຟຂອງຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດ Brookhaven (ແຫຼ່ງຮູບພາບ: ຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດ Brookhaven)

Remanufacturing ຂອງ Lithium Anode

ຈາກໂທລະສັບ smart ກັບຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ, ພວກເຮົາສາມາດເບິ່ງປະເພນີ. ເຖິງແມ່ນວ່າແບດເຕີລີ່ lithium ໄດ້ເຮັດໃຫ້ເຕັກໂນໂລຢີຈໍານວນຫຼາຍຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ, ແຕ່ພວກເຂົາຍັງປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍໃນການສະຫນອງພະລັງງານທາງໄກສໍາລັບຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ.

Battery500, ພັນທະມິດນໍາໂດຍນັກຄົ້ນຄວ້າມະຫາວິທະຍາໄລທີ່ໄດ້ຮັບທຶນຈາກຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດປາຊີຟິກຕາເວັນຕົກສຽງເຫນືອຂອງກະຊວງພະລັງງານສະຫະລັດ (PNNL) ແລະກະຊວງພະລັງງານຂອງສະຫະລັດ, ມີຈຸດປະສົງເພື່ອສ້າງເມັດຫມໍ້ໄຟທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານ 500Wh / kg. ໃນຄໍາສັບຕ່າງໆອື່ນໆ, ມັນແມ່ນສອງເທົ່າຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຂອງຫມໍ້ໄຟທີ່ທັນສະໄຫມທີ່ສຸດໃນປະຈຸບັນ. ເພື່ອເຮັດສິ່ງນີ້, ພັນທະມິດໄດ້ສຸມໃສ່ຫມໍ້ໄຟທີ່ເຮັດດ້ວຍໂລຫະ lithium anodes.

ຫມໍ້ໄຟໂລຫະ lithium ໃຊ້ໂລຫະ lithium ເປັນ anode. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຫມໍ້ໄຟ lithium ສ່ວນໃຫຍ່ໃຊ້ graphite ເປັນ anode. ນັກຄົ້ນຄວ້າກ່າວວ່າ “anode lithium ແມ່ນຫນຶ່ງໃນປັດໃຈສໍາຄັນໃນການບັນລຸເປົ້າຫມາຍຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານ Battery500,” ນັກຄົ້ນຄວ້າກ່າວວ່າ. “ຂໍ້ໄດ້ປຽບແມ່ນວ່າຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານແມ່ນສອງເທົ່າຂອງຫມໍ້ໄຟທີ່ມີຢູ່. ຫນ້າທໍາອິດ, ຄວາມສາມາດສະເພາະຂອງ anode ແມ່ນສູງຫຼາຍ; ອັນທີສອງ, ທ່ານສາມາດມີຫມໍ້ໄຟແຮງດັນທີ່ສູງກວ່າ, ແລະການປະສົມປະສານຂອງທັງສອງສາມາດມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ສູງກວ່າ.”

ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ຮັບຮູ້ຍາວຄວາມໄດ້ປຽບຂອງ lithium anodes; ໃນຄວາມເປັນຈິງ, anode ໂລຫະ lithium ແມ່ນ anode ທໍາອິດທີ່ສົມທົບກັບ cathode ຫມໍ້ໄຟ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກການຂາດ “ການປີ້ນກັບກັນ” ຂອງ anode, ນັ້ນແມ່ນ, ຄວາມສາມາດໃນການສາກໄຟໂດຍຜ່ານປະຕິກິລິຢາ electrochemical ປີ້ນກັບກັນ, ນັກຄົ້ນຄວ້າຫມໍ້ໄຟໄດ້ສິ້ນສຸດລົງເຖິງການນໍາໃຊ້ anodes graphite ແທນທີ່ຈະເປັນ anodes ໂລຫະ lithium ເພື່ອເຮັດໃຫ້ຫມໍ້ໄຟ lithium.

ໃນປັດຈຸບັນ, ຫຼັງຈາກຄວາມຄືບຫນ້າຫຼາຍທົດສະວັດ, ນັກຄົ້ນຄວ້າມີຄວາມຫມັ້ນໃຈທີ່ຈະຮັບຮູ້ anode ໂລຫະ lithium ປີ້ນກັບກັນໄດ້ເພື່ອຍູ້ຂໍ້ຈໍາກັດຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium. ທີ່ສໍາຄັນແມ່ນການໂຕ້ຕອບ, ຊັ້ນວັດສະດຸແຂງທີ່ປະກອບຢູ່ໃນ electrodes ຂອງຫມໍ້ໄຟໃນລະຫວ່າງການຕິກິຣິຍາ electrochemical.

“ຖ້າພວກເຮົາສາມາດເຂົ້າໃຈຢ່າງເຕັມສ່ວນໃນການໂຕ້ຕອບນີ້, ມັນສາມາດໃຫ້ຄໍາແນະນໍາທີ່ສໍາຄັນສໍາລັບການອອກແບບວັດສະດຸແລະການຜະລິດຂອງ lithium anodes ປີ້ນກັບກັນ,” ນັກຄົ້ນຄວ້າກ່າວວ່າ. “ແຕ່ຄວາມເຂົ້າໃຈໃນການໂຕ້ຕອບນີ້ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງທ້າທາຍເພາະວ່າມັນເປັນຊັ້ນບາງໆຂອງວັດສະດຸ, ຫນາພຽງແຕ່ສອງສາມ nanometers, ແລະມັນມີຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ກັບອາກາດແລະຄວາມຊຸ່ມຊື່ນ, ສະນັ້ນການຈັດການຕົວຢ່າງແມ່ນ tricky.”

ການໂຕ້ຕອບນີ້ແມ່ນເປັນພາບໃນ NSLS-II

ເພື່ອແກ້ໄຂສິ່ງທ້າທາຍເຫຼົ່ານີ້ແລະ “ເບິ່ງ” ອົງປະກອບທາງເຄມີແລະໂຄງສ້າງຂອງການໂຕ້ຕອບ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ນໍາໃຊ້ແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ Synchrotron Radiation ແຫ່ງຊາດ II (NSLS-II), ສະຖານທີ່ຜູ້ໃຊ້ຂອງຫ້ອງການວິທະຍາສາດ DOE ຂອງຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດ Brookhaven, ເຊິ່ງຜະລິດ. super bright X-rays ເພື່ອສຶກສາຄຸນສົມບັດວັດສະດຸຂອງການໂຕ້ຕອບໃນລະດັບປະລໍາມະນູ.

ນອກເຫນືອໄປຈາກການນໍາໃຊ້ຄວາມສາມາດກ້າວຫນ້າທາງດ້ານຂອງ nSLS-II, ທີມງານຍັງຈໍາເປັນຕ້ອງໃຊ້ສາຍ beam (ສະຖານີທົດລອງ) ທີ່ສາມາດກວດພົບອົງປະກອບທັງຫມົດຂອງການໂຕ້ຕອບ, ແລະນໍາໃຊ້ພະລັງງານສູງ (ຄື້ນສັ້ນ) X-rays ເພື່ອກວດພົບ crystalline. ແລະໄລຍະ amorphous.

“ທີມງານເຄມີສາດໄດ້ຮັບຮອງເອົາວິທີການ XPD multi-mode, ການນໍາໃຊ້ສອງເຕັກນິກທີ່ແຕກຕ່າງກັນສະຫນອງໃຫ້ໂດຍ beamline, X-ray diffraction (XRD) ແລະຟັງຊັນການແຜ່ກະຈາຍ (PDF), ນັກຄົ້ນຄວ້າເວົ້າວ່າ. “XRD ສາມາດສຶກສາໄລຍະ crystalline, ແລະ PDF ສາມາດສຶກສາໄລຍະ amorphous.”

ການວິເຄາະ XRD ແລະ PDF ໄດ້ເປີດເຜີຍຜົນໄດ້ຮັບທີ່ຫນ້າຕື່ນເຕັ້ນ: Lithium hydride (LiH) ມີຢູ່ໃນການໂຕ້ຕອບ. ສໍາລັບທົດສະວັດ, ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ໂຕ້ຖຽງກັນກ່ຽວກັບການມີຢູ່ຂອງ LiH ໃນການໂຕ້ຕອບ, ສ້າງຄວາມບໍ່ແນ່ນອນກ່ຽວກັບກົນໄກການປະຕິກິລິຢາພື້ນຖານທີ່ປະກອບເປັນການໂຕ້ຕອບ.

“LiH ແລະ lithium fluoride (LiF) ມີໂຄງສ້າງໄປເຊຍກັນທີ່ຄ້າຍຄືກັນຫຼາຍ. ການຮຽກຮ້ອງຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບການຄົ້ນພົບ LiH ໄດ້ຖືກຖາມໂດຍບາງຄົນທີ່ເຊື່ອວ່າພວກເຮົາຜິດພາດ LiF ສໍາລັບ LiH, “ນັກຄົ້ນຄວ້າກ່າວ.

ໃນທັດສະນະຂອງການໂຕ້ຖຽງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການສຶກສາແລະສິ່ງທ້າທາຍດ້ານວິຊາການຂອງການຈໍາແນກ LiH ຈາກ LiF, ທີມງານຄົ້ນຄ້ວາໄດ້ຕັດສິນໃຈທີ່ຈະໃຫ້ຫຼັກຖານຫຼາຍສໍາລັບການທີ່ມີຢູ່ແລ້ວຂອງ LiH, ລວມທັງການດໍາເນີນການທົດລອງ exposure ທາງອາກາດ.

“ນັກຄົ້ນຄວ້າກ່າວວ່າ: “LiF ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງໃນອາກາດ, ແຕ່ LiH ບໍ່ຫມັ້ນຄົງ. ຖ້າພວກເຮົາເປີດເຜີຍສ່ວນຕິດຕໍ່ກັບອາກາດທີ່ມີຄວາມຊຸ່ມຊື່ນ, ແລະຖ້າປະລິມານສານປະສົມຫຼຸດລົງຕາມເວລາ, ພວກເຮົາສາມາດຢືນຢັນວ່າພວກເຮົາເຫັນ LiH ແທ້ໆ, ບໍ່ແມ່ນ LiF, ແລະມັນແມ່ນ LiF. ເນື່ອງຈາກຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນການຈໍາແນກ LiH ຈາກ LiF ແລະການທົດລອງການສໍາຜັດທາງອາກາດບໍ່ເຄີຍມີມາກ່ອນ, LiH ມັກຈະຖືກເຂົ້າໃຈຜິດສໍາລັບ LiF ໃນບົດລາຍງານວັນນະຄະດີຈໍານວນຫຼາຍ, ຫຼືມັນບໍ່ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນເນື່ອງຈາກການທໍາລາຍຂອງ LiH ໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຊຸ່ມຊື່ນ. ”

ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສືບຕໍ່. “ວຽກງານການກະກຽມຕົວຢ່າງທີ່ເຮັດໂດຍ PNNL ແມ່ນສໍາຄັນຕໍ່ການຄົ້ນຄວ້ານີ້. ພວກເຮົາສົງໃສວ່າຫຼາຍໆຄົນບໍ່ສາມາດລະບຸ LiH ໄດ້ເພາະວ່າຕົວຢ່າງຂອງເຂົາເຈົ້າໄດ້ຖືກສໍາຜັດກັບສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຊຸ່ມຊື່ນກ່ອນການທົດລອງ.” ຖ້າທ່ານບໍ່ໄດ້ເກັບຕົວຢ່າງຢ່າງຖືກຕ້ອງ, ປະທັບຕາຕົວຢ່າງແລະຕົວຢ່າງການຂົນສົ່ງ, ທ່ານອາດຈະພາດ LiH. ”

ນອກເຫນືອຈາກການຢືນຢັນການມີຢູ່ຂອງ LiH, ທີມງານຍັງໄດ້ແກ້ໄຂຄວາມລຶກລັບອັນຍາວນານອີກອັນຫນຶ່ງທີ່ຢູ່ອ້ອມຮອບ LiF. LiF ໄດ້ຖືກພິຈາລະນາເປັນອົງປະກອບທີ່ເປັນປະໂຫຍດຂອງການໂຕ້ຕອບ, ແຕ່ບໍ່ມີໃຜເຂົ້າໃຈເຫດຜົນຢ່າງສົມບູນ. ທີມງານໄດ້ກໍານົດຄວາມແຕກຕ່າງຂອງໂຄງສ້າງຂອງ LiF ພາຍໃນການໂຕ້ຕອບແລະຄວາມແຕກຕ່າງຂອງໂຄງສ້າງສ່ວນໃຫຍ່ຂອງ LiF ຕົວຂອງມັນເອງ, ແລະພົບວ່າອະດີດໄດ້ສົ່ງເສີມການຂົນສົ່ງຂອງ lithium ions ລະຫວ່າງ anode ແລະ cathode.

ນັກວິທະຍາສາດຫມໍ້ໄຟຈາກຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດ Brookhaven, ຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດອື່ນໆ, ແລະມະຫາວິທະຍາໄລຍັງສືບຕໍ່ຮ່ວມມື. ນັກຄົ້ນຄວ້າກ່າວວ່າຜົນໄດ້ຮັບເຫຼົ່ານີ້ຈະໃຫ້ຄໍາແນະນໍາພາກປະຕິບັດທີ່ຈໍາເປັນຫຼາຍສໍາລັບການພັດທະນາຂອງໂລຫະ lithium anodes.