Sida laga soo xigtay warbixinnada warbaahinta shisheeye, koox cilmi-baarayaal ah oo ka tirsan Shaybaadhka Qaranka ee Brookhaven (Brookhaven National Laboratory) ee Waaxda Tamarta ee Mareykanka (DOE) ayaa go’aamiyay faahfaahin cusub oo ku saabsan habka falcelinta gudaha ee baytariyada birta ah ee lithium. , Tallaabo muhiim ah oo loogu talagalay baytariyada baabuurta korantada ee jaban.

Cilmi-baarayaasha batteriga ee Brookhaven National Laboratory (Isha sawirka: Brookhaven National Laboratory)

Dib-u-soo-saarka Lithium Anode

Laga soo bilaabo taleefannada casriga ah ilaa baabuurta korontada, waxaynu arki karnaa dhaqanka. In kasta oo baytariyada lithium-ka ay awood u siiyeen tignoolajiyada badan in si weyn loo isticmaalo, haddana waxa ay caqabado kala kulmaan bixinta tamarta fog ee baabuurta korontada.

Battery500, oo ah isbahaysi ay hogaaminayaan cilmi-baarayaal jaamacadeed oo ay maalgaliyeen Waaxda Tamarta ee US Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) iyo Waaxda Tamarta ee Maraykanka, waxay rabeen inay abuuraan unug batari ah oo leh cufnaanta tamarta 500Wh/kg. Si kale haddii loo dhigo, waa laba jeer cufnaanta tamarta ee baytariyada maanta ugu horumarsan. Si taas loo gaaro, isbahaysigu wuxuu diiradda saarayaa baytariyada ka samaysan birta lithium anodes.

Baytariyada birta lithium waxay isticmaalaan birta lithium sida anode ahaan. Taas bedelkeeda, inta badan baytariyada lithium waxay isticmaalaan graphite sida anode. “Lithium anode waa mid ka mid ah qodobbada muhiimka ah ee lagu gaaro yoolka cufnaanta tamarta Battery500,” cilmi-baarayaashu waxay yiraahdeen. “Faa’iidada ayaa ah in cufnaanta tamarta ay laba jeer ka badan tahay baytariyada jira. Marka hore, awoodda gaarka ah ee anode waa mid aad u sarreeya; labaad, waxaad yeelan kartaa batari danab sare leh, iyo isku darka labada waxay yeelan karaan cufnaanta tamarta sare.”

Saynis yahanadu waxay muddo dheer aqoonsadeen faa’iidooyinka lithium anodes; Dhab ahaantii, anode birta lithium waa anode ugu horeysay ee la socda cathode batteriga. Si kastaba ha ahaatee, sababtoo ah la’aanta “dib-u-celinta” anode-ka, taas oo ah, awoodda lagu dallaci karo fal-celinta elektiroonigga ah ee la bedeli karo, cilmi-baarayaasha batteriga waxay ku dhammaadeen isticmaalka graphite anodes halkii ay ka heli lahaayeen anodes birta lithium si ay u sameeyaan baytariyada lithium.

Hadda, ka dib tobanaan sano oo horumar ah, cilmi-baarayaashu waxay kalsooni ku qabaan inay ogaadaan birta lithium-ka anode la bedeli karo si loo riixo xadka baytariyada lithium. Furaha waa interface-ka, lakabka walxaha adag ee ku sameysma korantada elektiroonigga ah inta lagu jiro falcelinta korantada.

“Haddii aan si buuxda u fahmi karno is-dhexgalkan, waxay ku siin kartaa hagitaan muhiim ah oo loogu talagalay naqshadeynta maaddooyinka iyo soo saarista lithium anodes dib loo rogi karo,” cilmi-baarayaashu waxay yiraahdeen. “Laakin fahamka interface-kani waa caqabad aad u adag sababtoo ah waa lakab aad u khafiif ah, oo dhumucdiisuna tahay dhowr nanometer, waxayna xasaasi u tahay hawada iyo qoyaanka, sidaas darteed maaraynta muunada waa mid adag.”

Interface-kan waxa lagu sawiray NSLS-II

Si loo xalliyo caqabadahan oo “arag” isku-dhafka kiimikada iyo qaab-dhismeedka is-dhexgalka, cilmi-baarayaashu waxay isticmaaleen National Synchrotron Radiation Light Source II (NSLS-II), oo ah xarun adeegsade Xafiiska Sayniska ee DOE ee Shaybaadhka Qaranka ee Brookhaven, kaas oo soo saara. Raajo aad u ifaysa oo aad u ifaysa si aad u barato sifooyinka maaddada is dhexgalka ee miisaanka atamka.

Marka laga soo tago adeegsiga awoodaha horumarsan ee nSLS-II, kooxdu waxay sidoo kale u baahan tahay inay isticmaasho xariiqda laydhka (xarun tijaabo ah) oo ogaan karta dhammaan qaybaha is-dhexgalka, oo ay isticmaalaan raajo-tamar sare (mawjadaha gaaban) si ay u ogaadaan crystalline. iyo wejiyada amorphous.

“Kooxda kimistarigu waxay qaateen habka badan ee XPD, iyaga oo isticmaalaya laba farsamooyin oo kala duwan oo ay bixiyaan laydhka, X-ray diffraction (XRD) iyo falanqaynta qaybinta (PDF),” cilmi-baarayaashu waxay yiraahdeen. “XRD waxay baran kartaa wejiyada crystalline-ka, PDF-na waxay baran kartaa wejiyada amorphous.”

Falanqaynta XRD iyo PDF ayaa shaaca ka qaaday natiijooyin xiiso leh: Lithium hydride (LiH) ayaa ku dhex jira interface-ka. Muddo tobanaan sano ah, saynisyahannadu waxay ka doodayeen jiritaanka LiH ee is-dhexgalka, iyagoo abuuraya hubanti la’aan ku saabsan habka falcelinta aasaasiga ah ee sameeya is-dhexgalka.

“LiH iyo lithium fluoride (LiF) waxay leeyihiin qaab dhismeedyo crystal isku mid ah. Sheegashadayada ku saabsan helitaanka LiH waxaa su’aal ka keenay dadka qaarkood oo aaminsan in aan LiF ku khaladno LiH,” cilmi-baaraha ayaa yiri.

Marka la eego khilaafka ku lug leh daraasadda iyo caqabadaha farsamada ee kala soocida LiH ee LiF, kooxda cilmi-baarista waxay go’aansadeen inay bixiyaan cadaymo badan oo caddayn ah jiritaanka LiH, oo ay ku jiraan samaynta tijaabooyinka hawada hawada.

Cilmi baadhayaashu waxay yiraahdeen: “LiF hawadu way xasilloon tahay, laakiin LiH waa mid aan degganayn. Haddii aan u soo bandhigno is-dhexgalka hawo qoyan, iyo haddii qadarka xaruntu ay hoos u dhacdo wakhti ka dib, waxaan xaqiijin karnaa inaan runtii aragno LiH, ma aha LiF, waana LiF. Sababtoo ah dhibka lagu kala sooco LiH iyo LiF iyo tijaabada soo-gaadhista hawadu waligeed lama samayn ka hor, LiH waxay u badan tahay in lagu qaldo LiF warbixinno badan oo suugaaneed, ama aan la arkin sababtoo ah kala-goynta LiH ee jawi qoyan. ”

Cilmi-baaraha ayaa sii watay. “Shaqada diyaarinta muunad ee ay samaysay PNNL ayaa muhiim u ah cilmi-baaristan. Waxaan ka shakisanahay in dad badan ay ku guuldareystaan ​​inay aqoonsadaan LiH sababtoo ah shaybaarkooda ayaa la soo bandhigay jawi qoyan ka hor tijaabada.” Haddii aadan si sax ah u qaadin shaybaarada, xir shaybaarka iyo shaybaarada Rarida, waxaa laga yaabaa inaad seegto LiH. ”

Marka lagu daro xaqiijinta jiritaanka LiH, kooxdu waxay sidoo kale xalliyeen siro kale oo dheer oo ku xeeran LiF. LiF ayaa muddo dheer loo tixgeliyey inay tahay qayb faa’iido leh oo ka mid ah interface-ka, laakiin qofna si buuxda uma fahmo sababta. Kooxdu waxay go’aamisay kala duwanaanshaha qaabdhismeedka LiF ee gudaha interface iyo inta badan kala duwanaanshaha qaabdhismeedka LiF lafteeda, waxayna ogaadeen in kii hore uu kor u qaaday gaadiidka ion lithium ee u dhexeeya anode iyo cathode.

Saynis yahanada baytari ee ka socda shaybaadhka qaranka ee Brookhaven, shaybaadhada kale ee qaranka, iyo jaamacadaha ayaa sii wada wada shaqaynta. Cilmi-baarayaashu waxay sheegeen in natiijooyinkani ay bixin doonaan hagitaan wax ku ool ah oo aadka loogu baahan yahay horumarinta anodes-ka birta lithium.