Besser, schneller, stärker: Gebäudebatterien, die nicht Boom gehen

Lithium-Ionen-Batterien halten unglaubliches Versprechen für verbesserte Speicherkapazität, aber sie sind flüchtig. Alle wir haben den Nachrichten über Lithium-Ionen-Batterien in den Telefonen gehört -- höchst bemerkenswert das Samsung Galaxy 7 -- Veranlassung von Telefonen, Feuer zu fangen.

Viel des Problems ergibt sich aus dem Gebrauch des Elektrolyts der brennbaren Flüssigkeit innerhalb der Batterie. Eine Annäherung ist, einen nicht brennbaren Festelektrolyt zusammen mit einer Lithiummetallelektrode zu benutzen. Dieses würde die Energie der Batterie bei gleichzeitig der Verringerung der Möglichkeit eines Feuers erhöhen.

Im Wesentlichen errichtet der Bestimmungsort Festkörperbatterien der nächsten Generation, die nicht Boom gehen. Die Reise ist, Lithium grundlegend zu verstehen.

„Jeder betrachtet gerade die Energiespeicherbausteine der Batterie,“ sagt Erik Herbert, Assistenzprofessor der Materialwissenschaft und Technik an technologischer Universität Michigans. „Sehr sind wenige Forschungsgruppen interessiert, an, die mechanischen Elemente zu verstehen. Aber niedrig und erblicken Sie, wir entdecken, dass die mechanischen Eigenschaften des Lithiums selbst möglicherweise sind das Schlüsselpuzzleteil.“

Michigan-Technologieforscher tragen erheblich zur Gewinnung eines grundlegenden Verständnisses des Lithiums mit den Ergebnissen bei, die heute in einer eingeladenen Dreipapier-Reihe in der Zeitschrift von Materials Research veröffentlicht werden, gemeinsam veröffentlicht durch die Materials Research-Gesellschafts-und -Universität von Cambridges-Presse. Herbert und Stephen Mietpferd, Professor der Materialwissenschaft und der Technik, zusammen mit violettem Thole, einem Studenten im Aufbaustudium an Michigan-Technologie, Nancy Dudney an Oak Ridge-nationalem Laboratorium und Sudharshan Phani im internationalen modernen Forschungszentrum für Pulver-Metallurgie und neue Materialien, Anteilergebnisse, die die Bedeutung des mechanischen Verhaltens des Lithiums unterstreichen, wenn sie die Leistung und die Sicherheit von Batterien der nächsten Generation steuern.

Wie ein Beschädigungsbeton des Frieren-Tauenzyklus beschädigen Lithiumdendriten Batterien

Lithium ist ein extrem reagierendes Metall, das es anfällig für schlechtes Benehmen macht. Aber es ist auch an der Speicherung von Energie sehr gut. Wir wünschen unsere Telefone (und Computer, Tabletten und andere elektronische Geräte) schnellstmöglich aufladen, und so stellen Körperverletzungshersteller Doppeldruck gegenüber: Stellen Sie die Körperverletzungen, die sehr schnell aufladen her und einen Vorwurf zwischen die Kathode und Anode so schnell führen, wie möglich, und stellen Sie die Körperverletzungen zuverlässig trotz wiederholt aufgeladen werden her.

Lithium ist ein sehr weiches Metall, aber es benimmt wie erwartet sich nicht während des Batteriebetriebs. Wachsender Druck, der unentwirrbar während der Aufladung und der Entladung von Ergebnissen einer Batterie in den mikroskopischen Fingern des Lithiums auftritt, nannte Dendriten, um die bereits bestehenden und unvermeidbaren mikroskopischen Fehler zu füllen -- Nuten, Poren und Kratzer -- an der Schnittstelle zwischen der Lithiumanode und dem Festelektrolyttrennzeichen.

Während des anhaltenden Radfahrens können diese Dendriten ihre Weise in zwingen und schließlich durch, die Festelektrolytschicht, die physikalisch die Anode und die Kathode trennt. Sobald ein Dendrit die Kathode erreicht, schließt das Gerät kurz und fällt, häufig katastrophal aus. Herbert- und Mietpferd-Forschungsschwerpunkte auf, wie Lithium den Druck abschwächt, der sich natürlich während des Aufladens und der Entladung einer Festkörperbatterie entwickelt.

Ihre Arbeitsdokumente, die das bemerkenswerte Verhalten des Lithiums an der Submikronlänge einstuft -- Bohrung unten in das Lithium am kleinsten und bestreitbar die meisten verwirrenden Attribute. Indem sie Lithiumfilme mit einer Diamant-gespitzten Sonde eindrücken, um das Metall zu verformen, erforschen die Forscher, wie das Metall zum Druck reagiert. Ihre Ergebnisse bestätigen das unerwartet hochfeste des Lithiums an den Klein-langen Skalen, die Anfang des Jahres von den Forschern an cal-Technologie berichtet werden.

Herbert- und Mietpferd-Gestalt auf dieser Forschung durch die Lieferung der Eröffnungs-, mechanischen Erklärung des Lithiums überraschend hochfest.

Die Fähigkeit des Lithiums, seine eigenen Atome oder Ionen zu zerstreuen oder neu zu ordnen, um den Druck zu vermindern auferlegt durch die Zahnwalzenspitze, Forschern die Bedeutung der Geschwindigkeit, an der Lithium (verformt wird, welches zusammenhängt mit, wie schnell Batterien aufgeladen und entladen werden) sowie den Effekten von Defekten und von Abweichungen in der Anordnung für Lithiumionen gezeigt, die die Anode enthalten.

Unten bohren, zum des Verhaltens des Lithiums zu verstehen

Im Artikel „Nanoindentation Dampfes des von hohem Reinheitsgrad legte Lithiumfilme nieder: Das Elastizitätsmodul,“ Forscher messen die elastischen Eigenschaften des Lithiums, um Änderungen in der körperlichen Orientierung von Lithiumionen zu reflektieren. Diese Ergebnisse heben die Notwendigkeit der Orientierung-abhängigen elastischen Eigenschaften des inkorporierenden Lithiums in alle zukünftige Simulationsarbeit hervor. Herbert und Mietpferd stellen auch experimentellen Beweis zur Verfügung, der anzeigt, dass Lithium möglicherweise eine erhöhte Fähigkeit hat, mechanische Energie in Hitze umzuwandeln einstuft ausführlich weniger als 500 Nanometer.

Im Artikel, der folgt, „Nanoindentation Dampfes des von hohem Reinheitsgrad legte Lithiumfilme nieder: Eine mechanistische Rationalisierung des Lithiums des Diffusion-vermittelten Flusses,“ Herbert- und Mietpferd-Dokuments, das stuft bemerkenswert hochfest ist ausführlich, weniger als 500 Nanometer ein, und sie liefern ihren ursprünglichen Rahmen, der darauf abzielt, zu erklären, wie die Fähigkeit des Lithiums, Druck zu handhaben durch Diffusion und die Rate gesteuert wird, an denen das Material verformt wird.

Schließlich in „Nanoindentation Dampfes des von hohem Reinheitsgrad legte Lithiumfilme nieder: Eine mechanistische Rationalisierung des Überganges von der Diffusion zu Verschiebung-vermitteltem Fluss,“ die Autoren liefern ein statistisches Modell, das die Bedingungen erklärt, unter denen Lithium einen plötzlichen Übergang durchmacht, der weiter seine Fähigkeit erleichtert, Druck zu vermindern. Sie liefern auch ein Modell, das direkt das mechanische Verhalten des Lithiums mit der Leistung der Batterie verbindet.

„Wir versuchen, die Mechanismen zu verstehen, durch die Lithium Skalen des Drucks ausführlich, die mit Zwischenflächen- Defekten angemessen sind,“ Herbert sagt vermindert. Das Verbessern unseres Verständnisses dieser grundlegenden Frage ermöglicht direkt der Entwicklung einer stabilen Schnittstelle, die Safe, Zeitdauer und Radfahrenleistung des HochRate fördert.

Sagt Herbert: „Ich hoffe, dass unsere Arbeit erheblichen Auswirkungen auf dem Richtungsleutenehmen hat, das versucht, Speichergeräte FolgendgEN zu entwickeln.“