电池:质子原型;减轻树突;锂离子的结构。
质子电池原型
一个团队在皇家墨尔本理工大学建立了一个原型可充电电池质子氢燃料电池和电池电力技术相结合,有可能进一步发展,比现有锂离子电池来存储更多的能量。
工作原型质子电池使用固态存储的活性炭电极与一个可逆氢燃料电池来提供一个集成的可充电单元。
在充电期间,水分解产生的质子在可逆的燃料电池是通过细胞膜和直接与存储材料提供的援助的电子应用电压、没有形成氢气。
在电力供应模式中,这个过程是倒过来的。氢原子被释放的存储和再一次失去一个电子,变成质子。这些质子然后回来穿过细胞膜,结合了氧气和电子从外部电路生成水。
质子电池连接到一个电压表。工作原型的每单位质量能量已经比得上商业化锂离子电池。(来源:皇家墨尔本理工大学)
碳电极加质子质子从水给电池的环境、能源和潜在的经济优势,根据约翰•安德鲁斯RMIT教授。“碳,这是主要的资源用于我们的质子电池,既丰富和廉价而金属储氢合金,和所需的锂可充电锂离子电池”。
一个主要的潜在优势质子氢电池更高的能源效率比传统的系统。损失与氢气进化和分裂回质子被淘汰。
实验表明,质子的小电池,一个活跃的内表面面积5.5平方厘米,可以存储大约wt %氢电极,或每单位质量能量作为商业化的锂离子电池。这是之前的电池被优化。最大电压为1.2伏。
质子电池的潜在应用包括家庭储存的太阳能光伏电池板发电、电动汽车、或扩大规模为中型存储电网。
减轻树突
来自亚利桑那州立大学和莱斯大学的研究人员发现了一种方法减少树突的生长锂金属电池,延长电池寿命,减少电池火灾的可能性,通过使用3 d层聚二甲硅氧烷(PDMS),或硅胶基质的锂金属阳极。
该技术可以应用于锂离子和锂空气电池,并影响其他metal-anode-based电池,说团队。
“几乎所有金属作为电池阳极倾向于开发树突,“江Hanqing说,亚利桑那州立大学教授。“例如,这些发现对锌、钠和铝电池。”
而不是接近这个问题从材料或电化学的角度来看,作为机械工程师团队寻找解决方案,根据江。“我们已经知道小针锡或锡表面压力的胡须可以突出,通过类比我们看压力的可能性,锂枝晶生长的一个因素。”
添加一层PDMS之后电池阳极的底部,他们看到减少树突增长,发现压力积累在变形金属锂是松了一口气的PDMS基片的形式“皱纹”。
添加一层硅胶“皱纹”锂金属电池可以释放压力,减轻树突的形成。(来源:亚利桑那州立大学)
延长锂金属电池的寿命,同时保持其能量密度高,团队给了PDMS基片表面的三维形式。
“设想糖立方体包含很多小毛孔内部,“江解释道。“在这些立方体,PDMS形成一个连续的网络作为衬底,覆盖着一层薄薄的铜层进行电子。最后,锂填补毛孔。的PDMS作为一种多孔的,像海绵一样的层,缓解了压力,有效抑制枝晶生长。”
”协同结合其他锂枝晶抑制方法如新电解液添加剂,这一发现对锂金属电池安全,产生广泛影响高密度,长期能源存储解决方案,“明唐说,赖斯大学的教授。
仔细看看锂离子
劳伦斯伯克利国家实验室的一个小组,SuperSTEM奥地利科学院和Envia系统显示了材料的比例组成一个锂离子电池电极影响其结构在原子层面,以及表面非常不同于其他的材料。
使用一套电子显微镜中心在全国电子显微镜(NCEM),分子铸造设备,在SuperSTEM,全国先进的电子显微镜研究设施在位于达斯伯里,英国,研究小组发现,虽然整个阴极材料内部原子留在相同的所有成分的结构模式,减少随机性的增加引起的锂结构中的某些原子的位置。
通过比较不同成分的电池阴极材料性能,研究人员还演示了可以优化电池性能与容量利用较低的锂比其他金属。
原子分辨率扫描透射电子显微镜图像和电子衍射模式,安排在电池的渲染,展示富锂的结构以及富含锰的过渡金属氧化物内部使用电池阴极与成分变化。图片也显示阴极的表面比内部有不同的结构。(来源:伯克利实验室)
最令人惊讶的发现是,一个未使用的阴极的表面结构与阴极的内部是非常不同。一层薄薄的表面材料具有不同的结构,称为“尖晶石”阶段,被发现在所有的实验中。一些以往的研究忽略了这一层可能存在新的和使用的阴极。
通过系统不同的比率锂过渡金属,研究小组研究了表面和内部结构之间的关系,测量材料的电化学性能。团队带图片的每一批阴极材料从多个角度和创建完成,每个结构的三维效果图。
研究人员还使用了一个新开发的技术4 - d扫描透射电子显微镜(4 d杆)。在透射电子显微镜(TEM)、图像形成后电子通过薄样本。在传统电极扫描透射显微镜(茎),电子束聚焦到一个很小的点(小至0.5纳米,或十亿分之一米,直径)然后点来回扫描样本。
探测器在传统干简单的计算有多少电子分散在每个像素(或不分散)。然而,在4 d-stem,研究人员使用一个高速电子探测器记录每个电子散射,从每一个扫描点。它允许研究人员测量样本的局部结构在高分辨率大的视野。
团队认为,了解电池材料的内部和表面结构的变化在一个广泛的化学成分有助于未来研究阴极转换和也可能导致新型电池材料的开发。
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