Ученые смотрят внутрь батареи с молекулярной глаз

Ученые приблизились к пониманию того, что именно происходит внутри батареи, что делает их склонными к огню, благодаря молекулярно-око рода.

Ученые армии США боевые возможности развития Командование Армии научно-исследовательской лаборатории совместно с учеными из Департамента энергетики США, Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории по изучению химических реакций, которые происходят, когда два ключевых компонента батареи интерфейс, формирование критического компонента в батареи широко известный как твердое тело-электролит-интерфаза, или СЭИ.

Понимание химии и механизм формирования этого СЭИ держит ключ к разгадке будущих более мощных аккумуляторов, исследователи сказали. Это новое исследование, благодаря технике, которая служит в качестве молекулярного глаз, представляет динамичную картину химии и структуры сеи.

Эти свойства, как известно, влияют на заряд-разряд батареи ставка, особенно при низкой температуре, безопасности и жизненного цикла, по данным Армии ученый Олег Бородин, исследователь с командой, которая делает ставку на электрохимии.

«Сейс имеют решающее значение для свойства аккумулятора, но неуловимый охарактеризовать», — сказал д-р Кан Сюй, главный следователь по этому исследовательский проект. «Они диктуют, как быстро батарея может быть заряжена для бойцов с целью улучшения эксплуатационных возможностей, а также предотвращение медленный и резкий отказ батареи во время миссии. Но, как и темную материю, все знают, что они существуют, но никто не знает, как они работают».

Почти четыре года назад ученые АРЛ начал сотрудничать с экспертами «, которые не батареи народа», — сказал Сюй, но имеют уникальный опыт передовые методы характеризации. Он сказал, что исследователи армия заложены основные трудности в понимании Сейс, и попросил помочь. Это сотрудничество вылилось в серию новаторскую работу в ГЭИ, и некоторые результаты уже были опубликованы в химии природа и нанотехнологии в 2018 и 2019 годах.

Их последней работой является представленный в статье, в режиме реального времени масс-спектрометрическое определение характеристик твердого электролита межфазного литий-ионный аккумулятор, опубликованной в январе. 27, 2020, природа нанотехнологии, рецензируемом научном журнале.

Ученые из Лаборатории молекулярной экологических наук и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории разработали эту технику, на месте жидкостная масс-спектрометрия вторичных ионов и совместно с армией ученых для применения этого метода исследования химического выработок на границе раздела электрод-электролит на молекулярном уровне, когда батарея была заряжена в первый час. Они следили за формирование СЭИ и его вариации химия. Этот подход позволил им к карте химической реакции, как они произошли. В сочетании с методом молекулярной динамики, их работа показала, что только предполагали раньше.

Во время первоначальной зарядки батареи, Батарея образует двойной электрический слой на границе электрод/электролит. Создание этого двойного слоя приводит к мелким структурные и химические изменения sei, которое в конечном итоге диктовать производительность самого аккумулятора. На молекулярном уровне понимания интерфейс может служить проницательное руководство по усилия ученых армии в разработке более эффективных аккумуляторов.

Эти исследователи обнаружили, что перед любым interphasial химии (во время первоначальной зарядки), двойной электрический слой на границе раздела электрод/электролит вследствие самосборки молекул растворителя. Формирование двойной слой направляется Li+ и поверхности потенциального электрода. Структура двойного слоя прогнозирует возможные interphasial химии; в частности, отрицательно заряженной поверхности электрода отталкивает соли анионов из внутреннего слоя и приводит к внутренней СЭИ, тонкая, плотная и неживое в природе. Именно этот плотный слой, который отвечает за проведение Li+ и изоляционные электронов, основные функции СЭИ. Появляется электролит-проницаемой и богатой органическими наружный слой после формирования внутреннего слоя. В присутствии высокой концентрации фторид-богатый электролит, внутренний слой СЭИ имеет повышенные концентрации LIF в связи с наличием анионов в двойном слое. Эти реального времени наноразмерных замечания будут полезны в технических границ раздела фаз лучше для будущих батарей.

В течение нескольких десятилетий ученые пытались изучать ССЭИ в литий-ионных аккумуляторах, с ограниченным успехом из-за отсутствия методики, которая позволила бы им увидеть работу батареи на крошечном масштабе. Такие наноразмерные наблюдений на молекулярном уровне, необходимых для понимания химии в интерфейс.

В 2017 году, армия исследователей partnerd с Университетом Мэриленда впервые разработан литий-ионный аккумулятор, который используется водно-солевой раствор его электролита и достигает 4.0 вольт пометить нужные для бытовой электроники, таких как портативные компьютеры, без пожароопасных и взрывоопасных риски, связанные с некоторые имеющиеся в продаже безводные литий-ионных аккумуляторов. Большинство commerically-доступны аккумуляторы отличаются от водяной батареи придумана эта команда. Понимание sei может привести к нарастающей совершенствования существующей технологии в качестве немедленного решения для многих армия-приложений.

сделать разницу: спонсорские возможности