ຂ່າວອຸດສາຫະກໍາ

ແບດເຕີລີ່ Lithium-Ion ດີກວ່າເປັນໄປໄດ້ທີ່ມີທັດສະນະໂມເລກຸນ Nanoscale ຂອງໂຄງສ້າງການປະກອບດ້ວຍຕົນເອງ

2021-06-16
ຫົວຂໍ້:
ແບັດເຕີຣີ, ເຕັກໂນໂລຍີ, DOE, ວິສະວະ ກຳ ໄຟຟ້າ, Lithium-Ion, Nanotechnology, Pacific Northwest National Laboratory, U.S. ຫ້ອງທົດລອງຄົ້ນຄ້ວາກອງທັບ
ໂດຍ DOE/PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY FEBRUARY 6, 2020



ນັກວິທະຍາສາດໂຫຼດແບັດເຕີຣີ lithium-ion ທີ່ໄດ້ອອກແບບພິເສດໃສ່ໄວ້ໃນເຄື່ອງວັດແທກຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງທາດ ion ອັນດັບສອງທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ເຂົາເຈົ້າເຫັນການສ້າງຂອງ interphase ແຂງ-electrolyte ຢູ່ໃນລະດັບໂມເລກຸນໃນຂະນະທີ່ແບັດເຕີຣີເຮັດວຽກຢູ່. ສິນເຊື່ອ: Andrea Starr/PNNL

ນັກວິທະຍາສາດຮຽນຮູ້ເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບຊົ່ວໂມງທໍາອິດຂອງຊີວິດຂອງແບັດເຕີຣີລິທຽມ-ໄອອອນ

ຊົ່ວໂມງທໍາອິດຂອງຊີວິດຂອງແບັດເຕີຣີ lithium-ion ສ່ວນໃຫຍ່ກໍານົດວ່າມັນຈະໃຊ້ໄດ້ດີປານໃດ. ໃນຊ່ວງເວລານັ້ນ, ຊຸດຂອງໂມເລກຸນປະກອບດ້ວຍຕົນເອງເຂົ້າໄປໃນໂຄງສ້າງພາຍໃນແບັດເຕີຣີເຊິ່ງຈະມີຜົນກະທົບຕໍ່ກັບແບັດເຕີຣີໃນຫຼາຍປີຂ້າງ ໜ້າ.



ການຮູ້ເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບ SEI ແມ່ນບາດກ້າວອັນ ສຳ ຄັນຢູ່ໃນເສັ້ນທາງເພື່ອສ້າງແບັດເຕີຣີລິທຽມໄອອອນທີ່ມີພະລັງງານ, ທົນທານແລະມີຄວາມປອດໄພກວ່າ.

ວຽກງານດັ່ງກ່າວ, ຕີພິມໃນວັນທີ 27 ມັງກອນ 2020, ໃນທໍາມະຊາດນາໂນເທັກໂນໂລຍີ, ດໍາເນີນການໂດຍທີມນັກວິທະຍາສາດສາກົນນໍາໂດຍນັກຄົ້ນຄວ້າຢູ່ຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດມະຫາສະPacificຸດປາຊີຟິກຂອງພະແນກພະລັງງານສະຫະລັດແລະຫ້ອງທົດລອງການຄົ້ນຄວ້າຂອງກອງທັບສະຫະລັດ. ຜູ້ຂຽນທີ່ສອດຄ້ອງກັນລວມມີ Zihua Zhu, Chongmin Wang ແລະ Zhijie Xu ຂອງ PNNL ແລະ Kang Xu ຂອງຫ້ອງທົດລອງຄົ້ນຄ້ວາກອງທັບສະຫະລັດ.

ເປັນຫຍັງແບັດເຕີຣີລິທຽມໄອອອນເຮັດວຽກໄດ້ທັງ:ົດ: SEI

interphase ແຂງ-electrolyte ເປັນຟິມບາງ thin ຂອງວັດສະດຸທີ່ບໍ່ມີຢູ່ເມື່ອແບັດເຕີຣີຖືກສ້າງຂຶ້ນທໍາອິດ. ສະເພາະເມື່ອແບັດເຕີຣີຖືກສາກເປັນຄັ້ງທໍາອິດເທົ່ານັ້ນທີ່ໂມເລກຸນຈະສະສົມແລະປະຕິກິລິຍາໄຟຟ້າເພື່ອປະກອບເປັນໂຄງສ້າງ, ເຊິ່ງເຮັດ ໜ້າ ທີ່ເປັນປະຕູທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ໄອອອນ lithium ສາມາດຜ່ານໄປມາໄດ້ລະຫວ່າງ anode ແລະ cathode. ທີ່ ສຳ ຄັນ, SEI ບັງຄັບໃຫ້ເອເລັກໂຕຣນິກໃຊ້ທາງອ້ອມ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ແບັດເຕີຣີໃຊ້ໄດ້ແລະເຮັດໃຫ້ການເກັບຮັກສາພະລັງງານເປັນໄປໄດ້.

ມັນເປັນຍ້ອນ SEI ທີ່ພວກເຮົາມີbatteriesໍ້ໄຟ lithium-ion ເພື່ອສາກໄຟໂທລະສັບມືຖື, ແລັບທັອບ, ແລະພາຫະນະໄຟຟ້າ.



ການສ້າງແບັດເຕີຣີລີທຽມ-ໄອອອນທີ່ມີອາຍຸຍືນກວ່າ, ປອດໄພແລະມີພະລັງງານຫຼາຍຂຶ້ນຢູ່ໃນບັນຊີລາຍຊື່ບູລິມະສິດຂອງນັກວິທະຍາສາດ PNNL. batteriesໍ້ໄຟມີຢູ່ທົ່ວໄປໃນທຸກມື້ນີ້ໃນລົດໄຟຟ້າ, ຄອມພິວເຕີໂນດບຸກ, ເຄື່ອງມືແລະໂທລະສັບມືຖື.

ແຕ່ນັກວິທະຍາສາດຕ້ອງການຮູ້ເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງປະຕູ. ປັດໃຈອັນໃດທີ່ແຍກ glitterati ອອກຈາກ riffraff ໃນbatteryໍ້ໄຟ lithium-ion? ສານເຄມີອັນໃດທີ່ຕ້ອງໄດ້ລວມຢູ່ໃນເອເລັກໂທຣນິກ, ແລະໃນຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນອັນໃດ, ເພື່ອໃຫ້ໂມເລກຸນສ້າງຕົວເອງເຂົ້າໄປໃນໂຄງສ້າງ SEI ທີ່ມີປະໂຫຍດຫຼາຍທີ່ສຸດ, ສະນັ້ນພວກມັນບໍ່ໄດ້ດູດຊຶມໂມເລກຸນຈາກ electrolyte ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ, ເຮັດໃຫ້ເສຍປະສິດທິພາບຂອງແບັດເຕີຣີບໍ?

ນັກວິທະຍາສາດເຮັດວຽກຮ່ວມກັບສ່ວນປະກອບທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ຄາດການວ່າເຂົາເຈົ້າຈະລວມເຂົ້າກັນແນວໃດເພື່ອສ້າງໂຄງສ້າງທີ່ດີທີ່ສຸດ. ແຕ່ບໍ່ມີຄວາມຮູ້ເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບວິທີການສ້າງ interphase ແຂງ-electrolyte, ນັກວິທະຍາສາດເປັນຄືກັບພໍ່ຄົວໃນການປະກອບສ່ວນປະສົມ, ເຮັດວຽກຮ່ວມກັບປຶ້ມປຸງແຕ່ງອາຫານທີ່ຂຽນເປັນບາງສ່ວນເທົ່ານັ້ນ.

ສຳ ຫຼວດສະຖານີໂທລະ lithium-ion ດ້ວຍເທັກໂນໂລຍີໃ່

ເພື່ອຊ່ວຍໃຫ້ນັກວິທະຍາສາດເຂົ້າໃຈ SEI ໄດ້ດີຂຶ້ນ, ທີມງານໄດ້ນໍາໃຊ້ເຕັກໂນໂລຍີສິດທິບັດຂອງ PNNL ເພື່ອວິເຄາະໂຄງສ້າງດັ່ງທີ່ໄດ້ສ້າງໄວ້. ບັນດານັກວິທະຍາສາດໄດ້ນໍາໃຊ້ກະບອກໄອອອນທີ່ມີພະລັງເພື່ອເຈາະອຸໂມງເຂົ້າໄປໃນ SEI ທີ່ມີຮູບຮ່າງພຽງພໍຢູ່ໃນແບັດເຕີຣີທີ່ໃຊ້ໄດ້, ສົ່ງວັດສະດຸບາງສ່ວນທີ່ບິນມາແລະບັນທຶກມັນເພື່ອວິເຄາະໃນຂະນະທີ່ອາໄສຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂອງພື້ນຜິວເພື່ອຊ່ວຍບັນຈຸທາດໄຟຟ້າຂອງແຫຼວ. ຈາກນັ້ນທີມງານໄດ້ວິເຄາະອົງປະກອບ SEI ໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງວັດແທກຄວາມແຮງຂອງມວນສານ.

ວິທີການທີ່ມີສິດທິບັດ, ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກໃນສະຖານະການວັດແທກປະລິມານທາດໄອອອນຂັ້ນສອງຂອງແຫຼວຫຼື SIMS ແຫຼວ, ໄດ້ອະນຸຍາດໃຫ້ທີມງານໄດ້ຮັບການເບິ່ງທີ່ບໍ່ເຄີຍມີມາກ່ອນຢູ່ທີ່ SEI ຍ້ອນວ່າມັນສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນແລະແກ້ໄຂບັນຫາທີ່ນໍາສະ ເໜີ ໂດຍແບັດເຕີຣີ lithium-ion ທີ່ໃຊ້ໄດ້. ເທັກໂນໂລຍີດັ່ງກ່າວຖືກສ້າງຂຶ້ນໂດຍທີມງານນໍາໂດຍ Zhu, ສ້າງໃນວຽກ SIMS ກ່ອນ ໜ້າ ນີ້ໂດຍເພື່ອນຮ່ວມງານ PNNL Xiao-Ying Yu.

hu technology technology ເຕັກໂນໂລຍີຂອງພວກເຮົາເຮັດໃຫ້ພວກເຮົາມີຄວາມເຂົ້າໃຈທາງວິທະຍາສາດທີ່ເຂັ້ມແຂງກ່ຽວກັບກິດຈະກໍາໂມເລກຸນໃນໂຄງສ້າງທີ່ຊັບຊ້ອນນີ້, "Zhu ເວົ້າ. findings œຜົນການຄົ້ນພົບສາມາດຊ່ວຍຄົນອື່ນດັດແປງເຄມີຂອງໄຟຟ້າແລະໄຟຟ້າເພື່ອເຮັດໃຫ້ແບັດເຕີຣີດີຂຶ້ນ.

ກອງທັບສະຫະລັດແລະນັກຄົ້ນຄວ້າ PNNL ຮ່ວມມືກັນ

ທີມງານ PNNL ໄດ້ເຊື່ອມຕໍ່ກັບ Kang Xu, ເພື່ອນຮ່ວມງານຄົ້ນຄ້ວາກັບຫ້ອງທົດລອງຄົ້ນຄ້ວາຂອງກອງທັບສະຫະລັດແລະຜູ້ຊ່ຽວຊານດ້ານເອເລັກໂທຣນິກແລະ SEI, ແລະພວກເຂົາໄດ້ຮ່ວມກັນແກ້ໄຂບັນຫາ.

ນັກວິທະຍາສາດຢືນຢັນສິ່ງທີ່ນັກຄົ້ນຄວ້າສົງໃສວ່າ "SEI" ປະກອບດ້ວຍສອງຊັ້ນ. ແຕ່ທີມງານໄດ້ໄປໄກຫຼາຍ, ໂດຍລະບຸການແຕ່ງຕົວທາງເຄມີທີ່ຊັດເຈນຂອງແຕ່ລະຊັ້ນແລະກໍານົດຂັ້ນຕອນທາງເຄມີທີ່ເກີດຂຶ້ນຢູ່ໃນແບັດເຕີຣີເພື່ອໃຫ້ເກີດໂຄງສ້າງ.



Zihua Zhu ແລະ Chongmin Wang ແມ່ນສ່ວນ ໜຶ່ງ ຂອງທີມທີ່ໄດ້ຮຽນຮູ້ຂໍ້ມູນໃcrucial່ທີ່ ສຳ ຄັນກ່ຽວກັບການສ້າງອົງປະກອບຫຼັກຂອງແບັດເຕີຣີລິທຽມ-ໄອອອນ. ສິນເຊື່ອ: Andrea Starr/PNNL

ທີມງານໄດ້ພົບວ່າໂຄງສ້າງຊັ້ນ ໜຶ່ງ, ຢູ່ຂ້າງ anode ແມ່ນບາງ thin ແຕ່ ໜາ ແໜ້ນ; ນີ້ແມ່ນຊັ້ນທີ່ສາມາດຂັບໄລ່ເອເລັກໂຕຣນິກໄດ້ແຕ່ອະນຸຍາດໃຫ້ໄອອອນ lithium ສາມາດຜ່ານໄດ້. ຊັ້ນນອກ, ຢູ່ໃກ້ກັບ electrolyte, ໜາ ກວ່າແລະໄກ່ເກ່ຍການພົວພັນລະຫວ່າງຂອງແຫຼວແລະສ່ວນທີ່ເຫຼືອຂອງ SEI. ຊັ້ນໃນແມ່ນແຂງກວ່າເລັກນ້ອຍແລະດ້ານນອກຕໍ່ມາມີນໍ້າແຂງຫຼາຍ, ຄ້າຍຄືກັນກັບຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງເຂົ້າໂອດທີ່ຕຸ້ຍເກີນໄປແລະອົບເກີນໄປ.

ບົດບາດຂອງ lithium fluoride

ຜົນໄດ້ຮັບອັນນຶ່ງຂອງການສຶກສາແມ່ນມີຄວາມເຂົ້າໃຈດີຂຶ້ນກ່ຽວກັບບົດບາດຂອງ lithium fluoride ໃນ electrolyte ທີ່ໃຊ້ຢູ່ໃນlithiumໍ້ໄຟ lithium-ion. ນັກຄົ້ນຄ້ວາຫຼາຍຄົນ, ລວມທັງ Kang Xu, ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າແບັດເຕີຣີທີ່ມີ SEIs ມີທາດ lithium fluoride ປະສິດທິພາບດີກວ່າ. ທີມງານໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າທາດ lithium fluoride ກາຍເປັນສ່ວນ ໜຶ່ງ ຂອງຊັ້ນໃນຂອງ SEI, ແລະຜົນການຄົ້ນພົບໄດ້ໃຫ້ຂໍ້ຄຶດກ່ຽວກັບວິທີການລວມເອົາ fluorine ເຂົ້າໄປໃນໂຄງສ້າງຫຼາຍຂຶ້ນ.

"ດ້ວຍເທັກນິກນີ້, ເຈົ້າບໍ່ພຽງແຕ່ຮຽນຮູ້ວ່າມີໂມເລກຸນຢູ່ໃນປະຈຸບັນເທົ່າໃດ, ແຕ່ຍັງຮູ້ຈັກວິທີທີ່ມັນຖືກຈັດໂຄງສ້າງຄືນໃ,່," Wang ເວົ້າ. ນີ້ແມ່ນຄວາມງາມຂອງເຕັກໂນໂລຍີນີ້



ຕົວຢ່າງຂອງເທັກໂນໂລຍີ SIMS ແຫຼວທີ່ນັກວິທະຍາສາດໃຊ້ເພື່ອຮຽນຮູ້ເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບແບັດເຕີຣີລິທຽມ-ໄອອອນ. ນັກວິທະຍາສາດໃຊ້ຂົ້ວ ion ທີ່ແຂງແຮງ (ສີເຫຼືອງ) ເພື່ອເຈາະຜ່ານທໍ່ anode (ສີສົ້ມ), ເຊິ່ງຕິດຢູ່ດ້ານລຸ່ມຂອງເຍື່ອ silicon nitride ບາງ thin. ໃນເວລາທີ່ beam ໄດ້ເຂົ້າໄປໃນການໂຕ້ຕອບ electrode-electrolyte ທີ່ interphase ແຂງ-electrolyte interphase (SEI) ປະກອບ, ໂມເລກຸນຂອງມັນກາຍເປັນອາກາດແລະສາມາດໃຊ້ໄດ້ສໍາລັບການວິເຄາະໂດຍ spectrometer ມະຫາຊົນ. ຮູຮັບແສງແມ່ນແຄບຫຼາຍດັ່ງນັ້ນຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂອງພື້ນຜິວປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ electrolyte ແຜ່ລາມອອກໄປ. ເຄຣດິດ: ມາລະຍາດຂອງວາລະສານອັກສອນສາດເຄມີທາງກາຍ, ວັນທີ 1 ມັງກອນ 2019. ລິຂະສິດ 2019 ສະມາຄົມເຄມີອາເມຣິກາ.

ເອກະສານອ້າງອີງ: ization œ ization ລັກສະນະສະຖິຕິຂອງມວນສານໃນເວລາຈິງຂອງທາດແຂງ inter“ interphase electrolyte ຂອງlithiumໍ້ໄຟ lithium-ion” ໂດຍ Yufan Zhou, Mao Su, Xiaofei Yu, Yanyan Zhang, Jun-Gang Wang, Xiaodi Ren, Ruiguo Cao, Wu Xu, Donald R. Baer, ​​Yingge Du, Oleg Borodin, Yanting Wang, Xue-Lin Wang, Kang Xu, Zhijie Xu, Chongmin Wang ແລະ Zihua Zhu, 27 ມັງກອນ 2020, ທໍາມະຊາດນາໂນເທັກໂນໂລຍີ.
DOI: 10.1038/s41565-019-0618-4

ສ່ວນການຄົ້ນຄວ້າຂອງ PNNL ທີ່ຕີພິມຢູ່ໃນທໍາມະຊາດນາໂນເທັກໂນໂລຈີໄດ້ຮັບການສະ ໜັບ ສະ ໜູນ ທຶນຈາກ PNNL, ຫ້ອງການປະສິດທິພາບພະລັງງານແລະພະລັງງານທົດແທນຂອງຫ້ອງການພະລັງງານທົດແທນ, ແລະການຮ່ວມມືຂອງສະຫະລັດ-ເຢຍລະມັນກ່ຽວກັບການເກັບຮັກສາພະລັງງານ. ວຽກຂອງ Kang Xu ໄດ້ຮັບການສະ ໜັບ ສະ ໜູນ ທຶນຈາກຫ້ອງການສູນຄົ້ນຄວ້າເກັບຮັກສາພະລັງງານຂອງ DOE â DO ການວິເຄາະ SIMS ແຫຼວໄດ້ເຮັດຢູ່ທີ່ EMSL, ຫ້ອງທົດລອງວິທະຍາສາດສິ່ງແວດລ້ອມໂມເລກຸນ, ຫ້ອງການຜູ້ໃຊ້ຫ້ອງການວິທະຍາສາດຂອງ DOE ຕັ້ງຢູ່ທີ່ PNNL.

ນອກ ເໜືອ ໄປຈາກ Xu, Wang ແລະ Zhu, ຜູ້ຂຽນ PNNL ລວມມີ Yufan Zhou, Mao Su, Xiafei Yu, Yanyan Zhang, Jun-Gang Wang, Xiaodi Ren, Ruiguo Cao, Wu Xu, Donald R. Baer, ​​ແລະ Yingge Du.