Yon nouvo metòd pou imaj degradasyon anod Silisyòm espere reyalize pi bon pil rechargeable

Chèchè sijere ke yon nouvo metòd pou karakterize estrikti a ak evolisyon chimik nan Silisyòm, osi byen ke yon kouch mens kontwole estabilite batri, ka ede rezoud pwoblèm nan nan anpeche itilizasyon Silisyòm nan gwo kapasite pil.

Konsantre rechèch la se sou koòdone ant anod la, elektwòd negatif ak elektwolit, ki pèmèt chaj yo deplase ant anod la ak yon lòt elektwòd (katod). Kouch entèfaz elektwolit solid (SEI) anjeneral fòme sou sifas elektwòd ant elektwòd solid la ak elektwolit likid la, ki enpòtan anpil pou reyaksyon elektwochimik nan pil ak kontwole estabilite nan pil. Sèvi ak Silisyòm kòm yon anod ka reyalize pi bon pil rechargeable.

Nan 10 ane ki sot pase yo, Silisyòm te atire anpil atansyon kòm yon elektwòd negatif gwo kapasite pou pil rechargeable. Pwofesè Zhang Sulin nan Syans Jeni ak Mekanik ak Biotechnologie te di ke kounye a pil komèsyal yo itilize grafit kòm materyèl elektwòd negatif, men kapasite Silisyòm se apeprè 10 fwa sa a nan grafit. Se poutèt sa, gen dè dizèn de milyon, dè santèn de milyon, oswa menm dè santèn de milyon dola dedye a rechèch batri Silisyòm.

Pou yon sosyete ki espere elektrifye enfrastrikti li yo atravè machin elektrik ak aparèy elektwonik pòtab pwisan, sa a se yon bon nouvèl, men gen tou defi. Pandan pwosesis chaje ak egzeyat pil, volim Silisyòm pral elaji ak kontra, ki mennen ale nan fann nan materyèl Silisyòm, ak SEI pral kraze ak rejenere tan ak tan ankò. Sa a pral lakòz pèt kontak elektrik ak yon diminisyon nan kapasite, ki se kantite chaj ki estoke nan batri a.

Konpreyansyon avèk presizyon ki jan pwosesis sa a dewoulman estriktirèl ak chimikman enpòtan anpil pou rezoud pwoblèm.

Paske estabilite nan kouch sa a kontwole estabilite nan batri a, ou pa vle li grandi san kontwòl paske fòmasyon nan kouch sa a pral konsome materyèl elektwolit ak ityòm aktif. Zhang te di ke sa ka lakòz elektwolit la sèk deyò epi materyèl aktif la pèdi, kidonk gen yon enpak negatif sou pèfòmans batri.

Yon gwo defi ke Zhang ak ekip li a te prezante nan jounal Nature Nanotechnology se kapasite pou obsève, karakterize, ak konprann pwosesis sa a.

Kouch SEI a enpòtan anpil pou pil, Zhang te di, men li trè mens epi li pa ka wè anba okenn mikwoskòp optik, epi li evolye dinamik pandan monte bisiklèt batri. Li ka obsève pa mikwoskòp elèktron transmisyon sou nanokal trè, materyèl trè mens. Men, pou SEI, kouch sa a trè mou ak fasil domaje pa travès elèktron, menm jan ou dwe voye yon gwo kantite elektwon pou jwenn imaj segondè-rezolisyon nan konpozisyon materyèl.

Pou simonte pwoblèm sa a, chèchè yo te itilize mikwoskòp elektwonik transmisyon ba-tanperati (cryo STEM). Yo kenbe materyèl elektwòd sikile a nan tanperati ki ba pandan preparasyon an ak itilizasyon D 'mikwoskospi STEM ba-tanperati pou misyon pou minimize domaj gwo bout bwa elèktron nan echantiyon an. Anplis de sa, yo entegre tomografi eleman sansib pou imaj 3D ak algoritm avanse ki vize a kaptire imaj nan pi ba dòz elektwon. Teknoloji sa a reyalize yon gade 3D nan entèraksyon SEI Silisyòm, kaptire apre diferan sik batri.

Singularité a nan metòd nou an manti nan ba-tanperati STEM D ak modèl milti pwosesis fizik. Zhang te di ke nou ka vizyalize evolisyon Silisyòm ak SEI apre monte bisiklèt batri; Pandan se tan, nou ka itilize simulation enfòmatik pou repete tout pwosesis evolisyon mikrostruktur la pandan sik la. Sa a se kado etid sa a.

Travay ekip sa a te pèmèt moun yo konprann pi byen mekanis ki mennen nan kwasans ak enstabilite kouch SEI nan anod Silisyòm.

Se poutèt sa, ak yon konpreyansyon sou mekanis nan kwasans nan kouch SEI, sa a pral ban nou anpil apèsi sou fason yo amelyore pèfòmans nan anod Silisyòm oswa desen batri, Zhang te di. Lè sa a, nou ka fabrike anod Silisyòm ki pi solid pou pwochen jenerasyon pil ityòm.

Li te eksplike ke pwochen jenerasyon pil ityòm pral pote plizyè benefis nan endistri a ak konsomatè òdinè.

Silisyòm se trè abondan, epi si nou ka itilize Silisyòm kòm yon anod ak yon lavi sik long, nou pral anpil ogmante kapasite nan pil rechargeable, Zhang te di. Anplis, akòz resous Silisyòm abondan, sa a pral bese pri a nan pil.

Avèk yon konpreyansyon kritik nan evolisyon nan kouch SEI a pandan chaje ak egzeyat nan pil Silisyòm elektwòd negatif, Zhang te di ke pwochen etap la pral sèvi ak konesans sa a ede konsepsyon yon batri Silisyòm elektwòd negatif ki pa pral pèdi kapasite akòz monte bisiklèt.

"Avèk yon konpreyansyon sou mekanis potansyèl yo, pwochen etap la se jenere kèk ipotèz syantifik," Zhang te di. Lè sa a, nou pral teste ipotèz sa a lè l sèvi avèk yon anod Silisyòm pou nou ka bese efè negatif ki asosye ak chanjman volim Silisyòm. Lè nou kontwole faktè aktyèl yo enkontwolab, nou ka desine elektwòd Silisyòm ak pi bon pèfòmans.

Chèchè nan Pennsylvania State University, ansanm ak Zhang, te patisipe nan etid sa a, ki gen ladan syans jeni ak mekanik etidyan gradye Tianwu Chen ak Dingchuan Xue. Lòt chèchè yo enkli Yang He, Xu Yaobin, Wang Chongmin, Jia Haiping, Ran Yi, Miao Song, Li Xiaolin, ak Zhang Jiguang ki soti nan Laboratwa Nasyonal Nòdwès Pasifik la; Soti nan ThermoFisher Scientific, LinJiang, ArdaGenc, ​​CedricBouchet Marquis, Lee Pullan, ak TedTessner; Soti nan laboratwa nasyonal Los Alamos, JinkyoungYoo. Ministè Enèji ak Fondasyon Syans Nasyonal la te sipòte rechèch sa a.