विदेशी मिडिया रिपोर्टहरूका अनुसार, अमेरिकी ऊर्जा विभाग (DOE) को ब्रूखाभेन राष्ट्रिय प्रयोगशाला (ब्रुकहाभेन राष्ट्रिय प्रयोगशाला) मा अनुसन्धानकर्ताहरूको समूहले लिथियम धातु एनोड ब्याट्रीहरूको आन्तरिक प्रतिक्रिया संयन्त्रको बारेमा नयाँ विवरणहरू निर्धारण गरेको छ। , सस्तो इलेक्ट्रिक वाहन ब्याट्री को लागी एक महत्वपूर्ण कदम।

ब्रुकहाभेन राष्ट्रिय प्रयोगशालामा ब्याट्री अनुसन्धानकर्ताहरू (छवि स्रोत: ब्रुकहाभेन राष्ट्रिय प्रयोगशाला)

लिथियम एनोडको पुन: निर्माण

स्मार्ट फोनदेखि विद्युतीय सवारी साधनसम्म चल्ने चलन छ । यद्यपि लिथियम ब्याट्रीहरूले धेरै प्रविधिहरू व्यापक रूपमा प्रयोग गर्न सक्षम बनाएका छन्, तिनीहरू अझै पनि इलेक्ट्रिक सवारीहरूको लागि लामो दूरीको शक्ति प्रदान गर्न चुनौतीहरूको सामना गर्छन्।

ब्याट्री 500, यूएस डिपार्टमेन्ट अफ एनर्जीको प्यासिफिक नर्थवेस्ट नेशनल ल्याबोरेटरी (PNNL) र यूएस डिपार्टमेन्ट अफ एनर्जीद्वारा वित्त पोषित विश्वविद्यालय अनुसन्धानकर्ताहरूको नेतृत्वमा रहेको गठबन्धनले 500Wh/kg को ऊर्जा घनत्व भएको ब्याट्री सेल सिर्जना गर्ने लक्ष्य राखेको छ। अर्को शब्दमा, यो आजको सबैभन्दा उन्नत ब्याट्रीहरूको ऊर्जा घनत्वको दोब्बर हो। यस उद्देश्यका लागि, गठबन्धनले लिथियम धातु एनोडहरूबाट बनेको ब्याट्रीहरूमा ध्यान केन्द्रित गर्दछ।

लिथियम धातु ब्याट्रीहरूले एनोडको रूपमा लिथियम धातु प्रयोग गर्दछ। यसको विपरित, अधिकांश लिथियम ब्याट्रीहरूले ग्रेफाइटलाई एनोडको रूपमा प्रयोग गर्छन्। “ब्याट्री 500 ऊर्जा घनत्व लक्ष्यमा पुग्न लिथियम एनोड मुख्य कारकहरू मध्ये एक हो,” अनुसन्धानकर्ताहरूले भने। “फाइदा यो छ कि ऊर्जा घनत्व विद्यमान ब्याट्री भन्दा दोब्बर छ। पहिलो, एनोड को विशिष्ट क्षमता धेरै उच्च छ; दोस्रो, तपाईंसँग उच्च भोल्टेज ब्याट्री हुन सक्छ, र दुईको संयोजनले उच्च ऊर्जा घनत्व हुन सक्छ।”

वैज्ञानिकहरूले लामो समयदेखि लिथियम एनोडका फाइदाहरू पहिचान गरेका छन्; वास्तवमा, लिथियम धातु एनोड ब्याट्री क्याथोडमा जोडिएको पहिलो एनोड हो। यद्यपि, एनोडको “रिभर्सिबिलिटी” को कमीको कारण, अर्थात्, रिभर्सिबल इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया मार्फत चार्ज गर्ने क्षमता, ब्याट्री अनुसन्धानकर्ताहरूले लिथियम ब्याट्री बनाउन लिथियम मेटल एनोडको सट्टा ग्रेफाइट एनोडहरू प्रयोग गरेर समाप्त गरे।

अब, दशकौंको प्रगति पछि, अन्वेषकहरू लिथियम ब्याट्रीहरूको सीमालाई धकेल्न एक उल्टो लिथियम धातु एनोड महसुस गर्न विश्वस्त छन्। कुञ्जी भनेको इन्टरफेस हो, ठोस सामग्री तह जुन इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाको समयमा ब्याट्रीको इलेक्ट्रोडहरूमा बनाउँछ।

“यदि हामीले यो इन्टरफेसलाई पूर्ण रूपमा बुझ्न सक्छौं भने, यसले भौतिक डिजाइन र रिभर्सिबल लिथियम एनोडहरूको निर्माणको लागि महत्त्वपूर्ण मार्गदर्शन प्रदान गर्न सक्छ,” अनुसन्धानकर्ताहरूले भने। “तर यो इन्टरफेस बुझ्न एकदम चुनौतीपूर्ण छ किनभने यो सामग्रीको धेरै पातलो तह हो, केवल केहि न्यानोमिटर बाक्लो छ, र यो हावा र आर्द्रताको लागि संवेदनशील छ, त्यसैले नमूनाहरू ह्यान्डल गर्न गाह्रो छ।”

यो इन्टरफेस NSLS-II मा कल्पना गरिएको छ

यी चुनौतीहरू समाधान गर्न र इन्टरफेसको रासायनिक संरचना र संरचना “हेर्न” को लागी, अन्वेषकहरूले नेशनल सिन्क्रोट्रोन रेडिएसन लाइट सोर्स II (NSLS-II) प्रयोग गरे, ब्रूकहाभेन राष्ट्रिय प्रयोगशालाको DOE विज्ञान कार्यालयको प्रयोगकर्ता सुविधा, जसले उत्पादन गर्दछ। आणविक स्केलमा इन्टरफेसको भौतिक गुणहरू अध्ययन गर्न सुपर उज्ज्वल एक्स-रेहरू।

nSLS-II को उन्नत क्षमताहरू प्रयोग गर्नुको अतिरिक्त, टोलीले इन्टरफेसका सबै कम्पोनेन्टहरू पत्ता लगाउन सक्ने बीम लाइन (प्रयोगात्मक स्टेशन) प्रयोग गर्न आवश्यक छ, र क्रिस्टललाई पत्ता लगाउन उच्च-ऊर्जा (छोटो-तरंग लम्बाइ) एक्स-रेहरू प्रयोग गर्नुहोस्। र अनाकार चरणहरू।

“रसायन टोलीले XPD बहु-मोड दृष्टिकोण अपनायो, बीमलाइन, एक्स-रे विवर्तन (XRD) र वितरण प्रकार्य (PDF) विश्लेषण द्वारा प्रदान गरिएको दुई फरक प्रविधिहरू प्रयोग गरेर,” अनुसन्धानकर्ताहरूले भने। “XRD ले क्रिस्टलीय चरणहरू अध्ययन गर्न सक्छ, र PDF ले अनाकार चरणहरू अध्ययन गर्न सक्छ।”

XRD र PDF विश्लेषणले रोमाञ्चक परिणामहरू प्रकट गर्‍यो: लिथियम हाइड्राइड (LiH) इन्टरफेसमा अवस्थित छ। दशकौंदेखि, वैज्ञानिकहरूले इन्टरफेसमा LiH को अस्तित्वको बारेमा बहस गर्दै आएका छन्, जसले इन्टरफेस बन्ने आधारभूत प्रतिक्रिया संयन्त्रको बारेमा अनिश्चितता सिर्जना गर्दछ।

“LiH र लिथियम फ्लोराइड (LiF) धेरै समान क्रिस्टल संरचनाहरू छन्। LiH को खोजको बारेमा हाम्रो दावीलाई केही मानिसहरूले प्रश्न उठाएका छन् जसले विश्वास गर्छन् कि हामीले LiF लाई LiH भनेर गल्ती गर्छौं, “अनुसन्धानकर्ताले भने।

अध्ययनमा रहेको विवाद र LiH लाई LiF बाट छुट्याउने प्राविधिक चुनौतीहरूलाई ध्यानमा राख्दै, अनुसन्धान टोलीले LiH को अस्तित्वका लागि धेरै प्रमाणहरू उपलब्ध गराउने निर्णय गर्‍यो, जसमा हावा एक्सपोजर प्रयोगहरू सञ्चालन गर्ने।

“अनुसन्धानकर्ताहरूले भने: “LiF हावामा स्थिर छ, तर LiH अस्थिर छ। यदि हामीले इन्टरफेसलाई आर्द्र हावामा खुलासा गर्छौं, र यदि समयसँगै यौगिकको मात्रा घट्छ भने, हामी पुष्टि गर्न सक्छौं कि हामीले वास्तवमा LiH देखिरहेका छौं, LiF होइन, र यो LiF हो। LiH लाई LiF बाट छुट्याउन कठिनाईको कारण र हावा एक्सपोजर प्रयोग पहिले कहिल्यै गरिएको थिएन, धेरै साहित्य रिपोर्टहरूमा LiH लाई LiF को लागि गलत हुन सक्छ, वा यो आर्द्र वातावरणमा LiH विघटनका कारण अवलोकन गरिएको छैन। ”

अनुसन्धानकर्ताले जारी राखे। “PNNL द्वारा गरिएको नमूना तयारी कार्य यस अनुसन्धानको लागि महत्वपूर्ण छ। हामीलाई शंका छ कि धेरै व्यक्तिहरू LiH पहिचान गर्न असफल भएका छन् किनभने तिनीहरूको नमूनाहरू प्रयोग गर्नु अघि आर्द्र वातावरणमा पर्दाफास गरिएको थियो।” यदि तपाईंले नमूनाहरू सही रूपमा सङ्कलन गर्नुभएन भने, नमूनाहरू र ढुवानी नमूनाहरू सील गर्नुहोस्, तपाईंले LiH गुमाउन सक्नुहुन्छ। ”

LiH को अस्तित्व पुष्टि गर्नुको अतिरिक्त, टोलीले LiF वरपरको अर्को लामो समयदेखि रहेको रहस्य पनि हल गर्यो। LiF लाई लामो समयदेखि इन्टरफेसको एक लाभदायक घटक मानिन्छ, तर कसैले पनि यसको कारण पूर्णतया बुझ्दैन। टोलीले इन्टरफेस भित्र LiF को संरचनात्मक भिन्नताहरू र LiF को धेरै संरचनात्मक भिन्नताहरू निर्धारण गर्यो, र पत्ता लगायो कि पूर्वले एनोड र क्याथोड बीच लिथियम आयनहरूको यातायातलाई बढावा दियो।

ब्रुकहाभेन राष्ट्रिय प्रयोगशाला, अन्य राष्ट्रिय प्रयोगशालाहरू, र विश्वविद्यालयहरूका ब्याट्री वैज्ञानिकहरूले सहयोग जारी राख्छन्। शोधकर्ताहरूले भने कि यी परिणामहरूले लिथियम धातु एनोडहरूको विकासको लागि धेरै आवश्यक व्यावहारिक मार्गदर्शन प्रदान गर्नेछ।