ضمان التشغيل الآمن وتحسين تخزين الطاقة وإطالة عمر البطارية التحديات الكبيرة أصبحت ذات أهمية متزايدة، بسبب من الأجهزة المحمولة إلى السيارات الكهربائية، اعتمادنا على هذه الطاقة آخذ في الازدياد. علوم المواد والهندسة فريق الهندسة أستاذ مساعد يوان يانغ من جامعة كولومبيا أدى على 22 أبريل 2019 أعلنت أنها قد وضعت طريقة جديدة لتحقيق الاستقرار في بطاريات الليثيوم معدن من خلال زرع نيتريد البورون نانو طلاء بالكهرباء الصلبة، وبالتالي يمتد بطارية سلامة الحياة، والنتائج التي نشرت في "جول". وتستخدم بطاريات ليثيوم أيون التقليدية على نطاق واسع في الحياة اليومية ولكن كثافة الطاقة منخفضة، مما أدى إلى عمر البطارية أقصر.

منذ داخل البطارية والسائل المنحل بالكهرباء تحتوي على النار شديدة الاشتعال، أو حتى قد تكون ذات دائرة قصيرة. بدلا من الجرافيت الأنود في بطارية ليثيوم أيون باستخدام معدن الليثيوم، ويمكن تحسين كثافة الطاقة: قدرة شحن النظرية حوالي 10 مرات أعلى من معدن الليثيوم هو الجرافيت. ولكن في عملية الطلاء الليثيوم، والتغصنات تميل إلى تشكيل، إذا كانت تخترق فاصل البطارية وسيطة، وسوف يسبب ماس كهربائى، والمخاوف الناجمة عن سلامة البطارية. قرر فريق البحث إلى التركيز على بالكهرباء السيراميك الصلبة، بالمقارنة مع بطاريات ليثيوم أيون التقليدية في بالكهرباء قابل للاشتعال، فإنها تظهر إمكانات كبيرة في تحسين كثافة السلامة والطاقة. تهتم بشكل خاص في بطاريات ليثيوم قابلة للالحالة الصلبة، لأنهم الجيل القادم من تخزين الطاقة واعدة المرشحين المنتج، ومعظم بالكهرباء الصلبة هو السيراميك، فإنه ليس قابل للاشتعال، والقضاء على المخاطر الأمنية.

• ونيتريد البورون الاصطناعي (BN) طبقة رقيقة على المقاومة الميكانيكية والكيميائية يمكن أن يكون الليثيوم، والتي الألومنيوم الليثيوم إلكترونيا التيتانيوم الفوسفات (LATP) والعزلة الليثيوم، في حين لا تزال تقدم، عندما اكسيد البولي ايثيلين (PEO) وتتخلل القنوات الأيونية مستقرة، وبالتالي تحقيق تداول مستقرة. الصورة: تشيان تشنغ / كولومبيا الهندسة

وبالإضافة إلى ذلك، فإن الشوارد السيراميك الصلبة وقوة ميكانيكية عالية، يمكن أن تمنع في الواقع النمو من التشعبات الليثيوم، ويتم اختيار معدن الليثيوم خلية الأنود الطلاء. ومع ذلك، فإن معظم بالكهرباء صلبة من عدم الاستقرار يثيوم أيون، تآكل معدن الليثيوم عرضة، البطارية لا يمكن استخدامها. وقال الكاتب الأول من الورقة، الفيزياء التطبيقية والتطبيقية قسم الرياضيات من المال في عالم ما بعد الدكتوراه (الحروف): معدن الليثيوم لتحسين كثافة الطاقة أمر ضروري، حتى نتمكن من استخدامه عنصرا حاسما في أنود بالكهرباء الصلبة. من أجل استيعاب هذه غير مستقر بالكهرباء الصلبة العملي، ووضع كيميائيا وشاشة مستقرة ميكانيكيا لحمايتهم من الأذى بالكهرباء الصلب والأنود الليثيوم.

من أجل نقل أيون الليثيوم، واجهة ليست فقط على درجة عالية من خصائص العزل الكهربائية، ولكن لديها أيضا الموصلية الأيونية، وهو أمر حاسم. وعلاوة على ذلك، يجب أن يكون واجهة رقيقة، من أجل تجنب خفض كثافة الطاقة للبطارية. ولمواجهة هذه التحديات، وفريق مع مختبر بروكهافن الوطني (بروكهافن الوطني مختبر) وجامعة مدينة نيويورك (جامعة مدينة نيويورك) الزملاء. ترسب نيتريد البورون 5 ~ 10nm (BN) الأفلام باعتبارها نانومتر طبقة واقية، والعزلة الكهربائية بين الأسماء وموصل معدن الليثيوم أيون (المنحل بالكهرباء الصلبة)، وكمية صغيرة من البوليمر أو بالكهرباء السائل اختراق القطب / المنحل بالكهرباء واجهة. اختر BN كطبقة واقية، لأنه كيميائيا وميكانيكيا مستقرة مع الليثيوم المعدني، ويوفر درجة عالية من العزل الكهربائي. تصميم طبقة نيتريد البورون ديه عيوب المتأصلة، أيونات الليثيوم من خلال ذلك، مما يجعلها فاصل ممتازة.

(لا يظهر) على البرامج اليسرى الاتصال الليثيوم الليثيوم معدن الألمنيوم والتيتانيوم الفوسفات (LATP) الجسيمات قد يتم تخفيض على الفور، والآثار الجانبية الخطيرة بين الكهارل الصلبة وفشل بطارية ليثيوم سيحدث في غضون بضعة دورات. تظهر على اليمين هو مصطنعة نيتريد البورون رقيقة، يمكن أن يكون كيميائيا وميكانيكيا مقاومة للالليثيوم. وهي معزولة الكترونيا من LATP مع الليثيوم، ولكن عندما أكسيد تخلل البولي إثيلين (PEO)، لا تزال توفر قنوات مستقرة أيون، وبالتالي تحقيق تداول مستقرة. الصورة: تشيان تشنغ / كولومبيا الهندسة

وبالإضافة إلى ذلك، أعد نيتريد البورون التي كتبها الكيميائي للبخار طريقة ترسب شكلت بسهولة على نطاق واسع (الصف ~ دسم)، المقياس الذري رقيقة (~ مستوى نانومتر) وفيلم المستمر. على الرغم من أن الدراسات المبكرة باستخدام البوليمر سماكة طبقة واقية ميكرومتر فقط 200، ولكن دراسات جديدة سمك فقط من 5 الى 10 نانومتر BN فيلم واقية والتي لا تزال تحد من طبقة واقية رقيقة، من دون خفض كثافة الطاقة للبطارية. هذا هو المادة المثالية، فإنه يمكن أن تكون بمثابة حاجز لمنع التسلل من الصلب المعادن بالكهرباء الليثيوم. مثل الرصاص سترة، فقد وضعت معدن الليثيوم الرصاص سترة لالمنحل بالكهرباء الصلبة غير مستقر، من خلال هذا الابتكار، ودورة حياة طويلة من بطاريات الليثيوم معدن. وتمتد الباحثون الآن إلى مجموعة واسعة من الأساليب الجديدة بالكهرباء الصلبة غير مستقر، ومواصلة تحسين واجهة، فمن المستحسن أن إنشاء الأداء العالي، ودورة حياة طويلة للبطارية الحالة الصلبة.

الديباج بارك - العلوم العلوم الشعبية | البحوث / من: جامعة كولومبيا كلية الهندسة والعلوم التطبيقية

إشارة دورية الأدب: "جول"

دوى: 10.1016 / j.joule.2019.03.022

الديباج بارك - نقل الفضاء الأميركية والعلوم للملاحة الفضائية

(تم إضافة بطاقات الدائرة هنا، يرجى الذهاب إلى رأي العميل عناوين اليوم)

تحميل الزاوية اليسرى السفلى التطبيق [اقرأ المزيد] بروكيد بارك