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Migliori batterie agli ioni di litio, come funzionano?
Dec 24, 2016

Batteria ricerca si concentra sui fattori concorrenti balancingthree: prestazioni, durata e sicurezza. In genere, è necessario sacrificio uno di questi fattori per ottenere guadagni negli altri due. Ma per applicazioni likeelectric veicoli, weand #39; d piace molto vedere migliorati tutti e tre.

In un'indagine recentemente pubblicata nellaEnergia della natura, gli scienziati hanno dimostrato la capacità di utilizzare un campo magnetico per allineare i fiocchi di grafite all'interno di elettrodi come theyand #39; re fabbricati. L'allineamento dà degli ioni di litio un percorso più chiaro per la batteria, che conduce per migliorare le prestazioni di transito.

Gli elettrodi delle batterie agli ioni di litio sono spesso composti da grafite, whichbalances attributi quali un'elevata densità di energia con non-tossicità, sicurezza e basso costi. Grafite, composto di strati sovrapposti di atomi di carbonio, è spesso integrato in questi elettrodi sotto forma di fiocco-come le particelle.

Mentre la grafite ha molti vantaggi, ha un aspetto negativo: esso limita il movimento del lithiumions, che è un partofcharging fondamentale e scarico. Il lithiumionsare è solo in grado di muoversi all'interno di aerei tra graphenesheets impilati e spesso hanno tonavigate un percorso molto tortuoso che si spostano durante la carica e scarico. Questo movimento lento attraverso theelectrodes rimane una sfida critica nello sviluppo di batterie con prestazioni migliorate.

Gli autori della carta nuova ragionato che dovrebbe essere possibile allineare fiocchi di grafite in modo che essi forniscono un percorso più lineare per gli ioni di muoversi all'interno della batteria. Per realizzare questo, theydecided di utilizzare campi magnetici. C'era solo un problema: grafite doesnand #39; t rispondere con forza ai campi magnetici.

Per ovviare a questo, gli scienziati hanno rivestito i fiocchi con nanoparticelle di ossido di ferro super paramagnetico. I fiocchi di grafite rivestita poi sono stati sospesi in etanolo. Hanno omogeneizzato la sospensione e aggiunto una piccola quantità di legante chimico (2 per cento di weightpoly (vinilpirrolidone) che hanno contribuito a facilitare il processo di allineamento. Una sospensione relativamente diluita era bisogno dareun fiocchi abbastanza spazio per muoversi durante l'allineamento.

Durante la produzione degli elettrodi, le particelle di grafite sono state orientate utilizzando una rotazione campo magnetico allineato perpendicolare alla parte di commissioni di cambio di batterythatwould con la grafite (chiamata un collettore di corrente). Gli scienziati hanno trovato che un campo magnetico più basso 100 mT è stato in grado di allineare i fiocchi. Per confronto, la forza magnetica è maggiore il magnete frigo medio (1 mT), ma significativamente più piccolo di un magnete di MRI (1,5 T). Come controllo, ci hanno anche preparato riferimento elettrodi in assenza di un campo magnetico.

Dopo la fabbricazione, il team ha valutato l'allineamento dei fiocchi di grafite depositato in entrambe le circostanze. Analisi visiva ha rivelato un chiaro orientamento dei fiocchi in elettrodi fabbricati sotto l'influenza del campo magnetico. I fiocchi sono stati inclinati alle anangle di 60 gradi sopra il piano del collettore di corrente. Al contrario, i fiocchi di grafite negli elettrodi di riferimento è caduto per lo più paralleli per il collettore di corrente.

Successivamente, gli scienziati hanno effettuato una serie di esperimenti per valutare il cambiamento nel percorso la ionsneeded di litio per navigare. Nel complesso, hanno visto che il campo magnetico è diminuito la tortuosità dei percorsi attraverso l'elettrodo di un fattore di 4 rispetto agli elettrodi di riferimento.

Infine, essi valutati come risentito le prestazioni della batteria di test l'elettrodo in una configurazione di cella (nel senso che didnand #39; t costruire una batteria completamente carica). Al prezzo di ricarica pratica, allineamento dei fiocchi di grafite aumentato la capacità di archiviazione di litio dell'elettrodo di un fattore compreso tra 1.6 e 3.

Questa indagine dimostra che la chimica non è l'unico fattore importante giocare nel disegno della batteria — ottimizzazione dell'architettura elettrodo può aiutare a aumentare le prestazioni della batteria pure. Gli studi futuri dovranno stabiliamola scalabilità di questa tecnica.


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