ຂ່າວອຸດສາຫະກໍາ

ນັກວິທະຍາສາດຮຽນຮູ້ເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບຊົ່ວໂມງທໍາອິດຂອງຊີວິດຂອງແບັດເຕີຣີລິທຽມ-ໄອອອນ

2021-08-09


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

 

ຊົ່ວໂມງ ທຳ ອິດຂອງຊີວິດຂອງແບັດເຕີຣີລີທຽມ-ໄອອອນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ ກຳ ນົດວ່າມັນຈະເຮັດໄດ້ດີປານໃດ. ໃນຊ່ວງເວລານັ້ນ, ຊຸດຂອງໂມເລກຸນປະກອບດ້ວຍຕົນເອງເຂົ້າໄປໃນໂຄງສ້າງພາຍໃນແບັດເຕີຣີເຊິ່ງຈະມີຜົນກະທົບຕໍ່ກັບແບັດເຕີຣີໃນຫຼາຍປີຂ້າງ ໜ້າ.

 

ອົງປະກອບນີ້, ທີ່ເອີ້ນວ່າ interphase ແຂງ-electrolyte interphase ຫຼື SEI, ມີ ໜ້າ ທີ່ສໍາຄັນໃນການສະກັດກັ້ນອະນຸພາກບາງອັນໃນຂະນະທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ຄົນອື່ນຜ່ານໄປໄດ້, ຄືກັບຮ້ານເຫຼົ້າແວັງທີ່ປະຕິເສດສິ່ງທີ່ບໍ່ຕ້ອງການໃນຂະນະທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ເຂົ້າໄປໃນ glitterati. ໂຄງສ້າງດັ່ງກ່າວໄດ້ເປັນເຄື່ອງforາຍ ສຳ ລັບນັກວິທະຍາສາດທີ່ໄດ້ສຶກສາມັນມາເປັນເວລາຫຼາຍທົດສະວັດແລ້ວ. ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ ນຳ ໃຊ້ເຕັກນິກຫຼາຍອັນເພື່ອຮຽນຮູ້ເພີ່ມເຕີມແຕ່ບໍ່ເຄີຍມີມາກ່ອນຈົນເຖິງປະຈຸບັນນີ້ຖ້າພວກເຂົາໄດ້ເຫັນການສ້າງຂອງມັນຢູ່ໃນລະດັບໂມເລກຸນ.

 

ການຮູ້ເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບ SEI ແມ່ນບາດກ້າວອັນ ສຳ ຄັນຢູ່ໃນເສັ້ນທາງເພື່ອສ້າງແບັດເຕີຣີລິທຽມໄອອອນທີ່ມີພະລັງງານ, ທົນທານແລະມີຄວາມປອດໄພກວ່າ.

 

ວຽກງານທີ່ຕີພິມໃນວັນທີ 27 ມັງກອນຢູ່ໃນວິທະຍາສາດທໍາມະຊາດນາໂນແມ່ນດໍາເນີນໂດຍທີມນັກວິທະຍາສາດສາກົນນໍາໂດຍນັກຄົ້ນຄວ້າຢູ່ຫ້ອງທົດລອງແຫ່ງຊາດປາຊີຟິກຕາເວັນຕົກສຽງ ເໜືອ ຂອງກະຊວງພະລັງງານແລະຫ້ອງທົດລອງຄົ້ນຄວ້າກອງທັບສະຫະລັດ. ຜູ້ຂຽນທີ່ສອດຄ້ອງກັນລວມມີ Zihua Zhu, Chongmin Wang ແລະ Zhijie Xu ຂອງ PNNL ແລະ Kang Xu ຂອງຫ້ອງທົດລອງຄົ້ນຄ້ວາກອງທັບສະຫະລັດ.

 

ເປັນຫຍັງແບັດເຕີຣີລິທຽມໄອອອນເຮັດວຽກໄດ້ທັງ:ົດ: SEI

 

ທາດແຂງເອເລັກໂຕຣນິກ interphase ເປັນຟີມບາງ thin ຂອງວັດສະດຸທີ່ບໍ່ມີຢູ່ເມື່ອແບັດເຕີຣີຖືກສ້າງຂຶ້ນເປັນເທື່ອທໍາອິດ. ສະເພາະເມື່ອແບັດເຕີຣີຖືກສາກເປັນຄັ້ງທໍາອິດເທົ່ານັ້ນທີ່ໂມເລກຸນຈະສະສົມແລະປະຕິກິລິຍາໄຟຟ້າເພື່ອປະກອບເປັນໂຄງສ້າງ, ເຊິ່ງເຮັດ ໜ້າ ທີ່ເປັນປະຕູທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ໄອອອນ lithium ສາມາດຜ່ານໄປມາໄດ້ລະຫວ່າງ anode ແລະ cathode. ທີ່ ສຳ ຄັນ, SEI ບັງຄັບໃຫ້ເອເລັກໂຕຣນິກໃຊ້ທາງອ້ອມ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ແບັດເຕີຣີໃຊ້ໄດ້ແລະເຮັດໃຫ້ການເກັບຮັກສາພະລັງງານເປັນໄປໄດ້.

 

ມັນເປັນຍ້ອນ SEI ທີ່ພວກເຮົາມີbatteriesໍ້ໄຟ lithium-ion ເພື່ອສາກພະລັງງານໂທລະສັບມືຖື, ຄອມພິວເຕີໂນດບຸກແລະພາຫະນະໄຟຟ້າ.

 

ແຕ່ນັກວິທະຍາສາດຕ້ອງການຮູ້ເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງປະຕູ. ປັດໃຈອັນໃດທີ່ແຍກ glitterati ອອກຈາກຮອຍແຕກໃນແບັດເຕີຣີ lithium-ion? ສານເຄມີອັນໃດທີ່ຕ້ອງໄດ້ລວມຢູ່ໃນເຄື່ອງເອເລັກໂທຼນິກ, ແລະໃນຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນອັນໃດ, ເພື່ອໃຫ້ໂມເລກຸນສ້າງຕົວເອງເຂົ້າໄປໃນໂຄງສ້າງ SEI ທີ່ມີປະໂຫຍດຫຼາຍທີ່ສຸດ, ສະນັ້ນພວກມັນບໍ່ໄດ້ດູດຊຶມໂມເລກຸນຈາກ electrolyte ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ, ເຮັດໃຫ້ເສຍປະສິດທິພາບຂອງແບັດເຕີຣີ?

 

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


 


Zihua Zhu ແລະ Chongmin Wang ແມ່ນສ່ວນ ໜຶ່ງ ຂອງທີມທີ່ໄດ້ຮຽນຮູ້ຂໍ້ມູນໃcrucial່ທີ່ ສຳ ຄັນກ່ຽວກັບການສ້າງອົງປະກອບຫຼັກຂອງແບັດເຕີຣີ lithium-ion. ສິນເຊື່ອ: Andrea Starr/PNNL

 

ສຳ ຫຼວດສະຖານີໂທລະ lithium-ion ດ້ວຍເທັກໂນໂລຍີໃ່

 

ເພື່ອຊ່ວຍໃຫ້ນັກວິທະຍາສາດເຂົ້າໃຈ SEI ໄດ້ດີຂຶ້ນ, ທີມງານໄດ້ນໍາໃຊ້ເຕັກໂນໂລຍີສິດທິບັດຂອງ PNNL ເພື່ອວິເຄາະໂຄງສ້າງດັ່ງທີ່ໄດ້ສ້າງຂຶ້ນມາ. ບັນດານັກວິທະຍາສາດໄດ້ນໍາໃຊ້ກະບອກໄອອອນທີ່ມີພະລັງເພື່ອເຈາະອຸໂມງເຂົ້າໄປໃນ SEI ທີ່ມີຮູບຮ່າງພຽງພໍຢູ່ໃນແບັດເຕີຣີທີ່ໃຊ້ໄດ້, ສົ່ງວັດສະດຸບາງຢ່າງທີ່ບິນຢູ່ໃນອາກາດແລະບັນທຶກມັນເພື່ອວິເຄາະໃນຂະນະທີ່ອາໄສຄວາມຕຶງຄຽດພື້ນຜິວເພື່ອຊ່ວຍບັນຈຸelectrolyte ແຫຼວ. 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.

 

"ເທັກໂນໂລຍີຂອງພວກເຮົາເຮັດໃຫ້ພວກເຮົາມີຄວາມເຂົ້າໃຈທາງວິທະຍາສາດຢ່າງ ໜັກ ແໜ້ນ ກ່ຽວກັບກິດຈະ ກຳ ໂມເລກຸນໃນໂຄງສ້າງທີ່ຊັບຊ້ອນນີ້," Zhu ກ່າວ. "ການຄົ້ນພົບສາມາດຊ່ວຍໃຫ້ຜູ້ອື່ນສາມາດດັດແປງເຄມີຂອງໄຟຟ້າແລະໄຟຟ້າເພື່ອເຮັດໃຫ້ແບັດເຕີຣີດີຂຶ້ນ."

 

ອ.S. ກອງທັບແລະນັກຄົ້ນຄວ້າ PNNL ຮ່ວມມືກັນ

 

ທີມງານ PNNL ໄດ້ເຊື່ອມຕໍ່ກັບ Kang Xu, ເພື່ອນຮ່ວມງານຄົ້ນຄ້ວາກັບຫ້ອງທົດລອງຄົ້ນຄ້ວາຂອງກອງທັບສະຫະລັດແລະຜູ້ຊ່ຽວຊານດ້ານເອເລັກໂທຣນິກແລະ SEI, ແລະພວກເຂົາໄດ້ຮ່ວມກັນແກ້ໄຂບັນຫາ.

ນັກວິທະຍາສາດຢືນຢັນສິ່ງທີ່ນັກຄົ້ນຄວ້າສົງໃສວ່າ SEI ປະກອບດ້ວຍສອງຊັ້ນ. ແຕ່ທີມງານໄດ້ໄປຕື່ມອີກຫຼາຍຢ່າງ, ໂດຍລະບຸການແຕ່ງຕົວທາງເຄມີທີ່ຊັດເຈນຂອງແຕ່ລະຊັ້ນແລະກໍານົດຂັ້ນຕອນທາງເຄມີທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນແບັດເຕີຣີເພື່ອໃຫ້ເກີດໂຄງສ້າງ.

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 ທີ່ໃຊ້ຢູ່ແບດເຕີລີ່ lithium-ion. ນັກຄົ້ນຄ້ວາຫຼາຍຄົນ, ລວມທັງ Kang Xu, ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າແບັດເຕີຣີທີ່ມີ SEIs ມີທາດ lithium fluoride ປະສິດທິພາບດີກວ່າ. ທີມງານໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າທາດ lithium fluoride ກາຍເປັນສ່ວນ ໜຶ່ງ ຂອງຊັ້ນໃນຂອງ SEI, ແລະຜົນການຄົ້ນພົບສະ ເໜີ ຂໍ້ຄຶດກ່ຽວກັບວິທີການລວມເອົາ fluorine ເຂົ້າໄປໃນໂຄງສ້າງ.

 

"With this technique, you learn not only what molecules are present but also how they're ໂຄງສ້າງd," Wang says. "That's the beauty of this technology."