Чтобы сделать литий-ионные батареи более безопасными и мощными, нужна правильная формула

Группа исследователей из Университета Пердью опубликовала исследование о взаимосвязи между активностью и неактивными элементами литий-ионных аккумуляторов и о том, как микро- и наноструктуры их соответствующих компонентов отражают производительность и безопасность аккумулятора.

Исследование было недавно опубликовано на обложке журнала ACS Applied Materials & Interfaces.

«Перезаряжаемые батареи есть повсюду, - сказал Парта Мукерджи, доцент кафедры машиностроения и главный исследователь. «Мы можем носить с собой два или три портативных электронных устройства в любое время. Но взаимодействие между различными элементами самого аккумулятора до сих пор неясно. Мои исследования надеются восполнить этот пробел ».

В лаборатории Мукерджи, Лаборатории энергетики и транспорта (ETSL), исследователи изучают различные формы транспортировки и хранения энергии, включая батареи и топливные элементы. Они используют компьютерное моделирование, чтобы предложить новые конфигурации, включающие составные элементы, а затем протестировать различные явления в лаборатории.

«Это как испечь торт», - сказал доктор АашутошМистри, кандидат технических наук. «Сколько теста нужно использовать? Сколько вишен нужно положить, чтобы было вкусно? Таким же образом рассмотрим основные пропорции или рецепты этих аккумуляторных электродов. Все, что вы меняете микроскопически, в конечном итоге повлияет на общую производительность. "

«Например, давайте посмотрим на электромобили», - сказал Мукерджи. «Людей интересуют три вещи. Производительность: как быстро я могу водить машину? Жизнь: Как долго я могу водить машину до зарядки? Наконец: вопросы безопасности. Мы видели, как эти батареи выходят из строя публично, на смартфонах и в электромобилях. Итак, эти три аспекта: производительность, жизнь и безопасность очень важны. Это может быть хитрым балансом и все исправить ".

Иногда их лаборатории трудолюбивые воспроизвести намеренные неудачи. В типичном электромобиле батарея не является огромной единицей, но тысячи отдельных батарей соединены вместе. Если это не удается, что происходит с другими людьми поблизости? Для одного теста образец модуля из 24 единиц (размером примерно в один кирпич) был намеренно завышен. Одна ячейка взрывается, в результате чего все ячейки загораются в цепной реакции.

«Температура и давление внутри батареи очень высоки, металлический корпус плавится и возникает пожар», - сказал доктор. Кандидат Дэниел Роблес, потому что он держал обгоревшее тело из полиэтиленового пакета. «В электромобиле таких аккумуляторов тысячи, и все они у вас под сиденьем! Вот почему так важно понимать основы этих явлений, чтобы мы могли предотвратить их появление ».

Перезаряжаемые батареи обычно содержат положительный электрод и отрицательный электрод, состоящие из «активного материала» для хранения лития. Между двумя электродами находится мембрана, и на протяжении всего процесса находится жидкий электролит для переноса ионов лития. Наконец, комбинация электрохимически неактивных материалов, таких как проводящие добавки и связующие (называемые «второй фазой»), помогает формировать физические компоненты в композитном пористом электроде и улучшать электрическую проводимость. В опубликованном исследовании Мукерджи и его команда изучали взаимосвязь между активной и вторичной фазами на микро- и наноуровне - пористость, физическую форму и их взаимодействие. Изменение любой из этих характеристик может привести к значительным изменениям общих характеристик аккумулятора.

«Мы все еще находимся на ранних этапах понимания этих сложных взаимодействий», - сказал Мукерджи. «Но это ключ к нашему исследованию. Мы соединяем микро- и наноразмерные разработки с производительностью, сроком службы и безопасностью аккумуляторов ».

С ростом популярности аккумуляторных батарей исследования стали более важными. «Аккумуляторы широко используются от портативной электроники до автомобилей, даже в больших электрических сетях. Это очень интересное время для исследований в области накопления энергии ».

Страница содержит содержимое машинного перевода.