Разрушить, чтобы ускорить: Парадокс аккумулятора
Новое исследование показало, что скорость зарядки литий-ионного аккумулятора можно существенно увеличить с помощью многочисленных трещин катода.
Литий-ионные аккумуляторы — наиболее распространенный тип электрических аккумуляторов, который используется в современной бытовой электронике, электромобилях и накопителях энергии. Они состоят из анода из пористого углерода и катода из оксида лития с различными добавками металлов. Между ними находится сепаратор из полипропилена, пропитанный электролитом — жидкостью или гелем, содержащим свободные ионы. При зарядке и разрядке аккумулятора ионы лития перемещаются между анодом и катодом через электролит, а электроны — по внешней цепи, создавая электрический ток.
Долгое время считалось, что литий диффундирует в объем частицы катода с поверхности. От этого зависела скорость зарядки аккумулятора: чем меньше частицы, тем больше у них площадь поверхности относительно объема, тем быстрее они заряжаются. Однако новое исследование ученых из Мичиганского университета показало, что это не так.
Трещины в положительных электродах литий-ионных аккумуляторов оказывают влияние на время зарядки батареи, противореча мнению некоторых производителей электромобилей. Исследователи из Мичиганского университета обнаружили, что удаление трещин на положительном электроде не позволит частицам аккумулятора быстро заряжаться без дополнительной площади поверхности.
Исследователи также обнаружили, что таким образом ведет себя не только внешняя поверхность. Внутри катодных пластин также происходит растрескивание, что создает более активные площади для поглощения ионов лития. Это открытие поможет лучше понять, как трещины влияют на скорость зарядки аккумулятора.
Для своих исследований ученые использовали специально разработанный чип с микроэлектродами, который переносил отдельные частицы на массив электродов. При этом было выяснено, что скорость зарядки катодных частиц не зависит от их размера. Более крупные частицы с трещинами ведут себя как набор более мелких частиц.
Эти результаты важны для разработки батарей для электромобилей, поскольку свыше половины всех аккумуляторов для электромобилей содержат положительный электрод, состоящий из миллиардов микроскопических частиц. Скорость зарядки положительного электрода определяется отношением поверхности к объему частиц. Меньшие частицы должны заряжаться быстрее, чем большие, за счет увеличенной площади поверхности.
Однако, чтобы использовать это открытие на практике, требуется дальнейшее увеличение размера частиц батареи в 200 раз. Это представляет сложности при производстве батарей, поэтому важно найти альтернативные методы увеличения скорости зарядки, такие как создание монокристаллических катодов из материалов с более высокой скоростью переноса лития.
В целом, исследование показало, что трещины в литий-ионных аккумуляторах положительного электрода оказывают положительное влияние на время их зарядки. Это открытие имеет большое практическое значение для разработки более эффективных и долговечных батарей для различных применений, включая электромобили и другие устройства, которые зависят от литиевых аккумуляторов.
Литий-ионные аккумуляторы — наиболее распространенный тип электрических аккумуляторов, который используется в современной бытовой электронике, электромобилях и накопителях энергии. Они состоят из анода из пористого углерода и катода из оксида лития с различными добавками металлов. Между ними находится сепаратор из полипропилена, пропитанный электролитом — жидкостью или гелем, содержащим свободные ионы. При зарядке и разрядке аккумулятора ионы лития перемещаются между анодом и катодом через электролит, а электроны — по внешней цепи, создавая электрический ток.
Долгое время считалось, что литий диффундирует в объем частицы катода с поверхности. От этого зависела скорость зарядки аккумулятора: чем меньше частицы, тем больше у них площадь поверхности относительно объема, тем быстрее они заряжаются. Однако новое исследование ученых из Мичиганского университета показало, что это не так.
Трещины в положительных электродах литий-ионных аккумуляторов оказывают влияние на время зарядки батареи, противореча мнению некоторых производителей электромобилей. Исследователи из Мичиганского университета обнаружили, что удаление трещин на положительном электроде не позволит частицам аккумулятора быстро заряжаться без дополнительной площади поверхности.
Исследователи также обнаружили, что таким образом ведет себя не только внешняя поверхность. Внутри катодных пластин также происходит растрескивание, что создает более активные площади для поглощения ионов лития. Это открытие поможет лучше понять, как трещины влияют на скорость зарядки аккумулятора.
Для своих исследований ученые использовали специально разработанный чип с микроэлектродами, который переносил отдельные частицы на массив электродов. При этом было выяснено, что скорость зарядки катодных частиц не зависит от их размера. Более крупные частицы с трещинами ведут себя как набор более мелких частиц.
Эти результаты важны для разработки батарей для электромобилей, поскольку свыше половины всех аккумуляторов для электромобилей содержат положительный электрод, состоящий из миллиардов микроскопических частиц. Скорость зарядки положительного электрода определяется отношением поверхности к объему частиц. Меньшие частицы должны заряжаться быстрее, чем большие, за счет увеличенной площади поверхности.
Однако, чтобы использовать это открытие на практике, требуется дальнейшее увеличение размера частиц батареи в 200 раз. Это представляет сложности при производстве батарей, поэтому важно найти альтернативные методы увеличения скорости зарядки, такие как создание монокристаллических катодов из материалов с более высокой скоростью переноса лития.
В целом, исследование показало, что трещины в литий-ионных аккумуляторах положительного электрода оказывают положительное влияние на время их зарядки. Это открытие имеет большое практическое значение для разработки более эффективных и долговечных батарей для различных применений, включая электромобили и другие устройства, которые зависят от литиевых аккумуляторов.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Контрабандисты оккупировали Восточную Африку: зачем черных муравьев тайно вывозят в Китай и Европу?
Эксперты предупреждают: такой вывоз в итоге закончится непоправимой экологической катастрофой...
В мире заканчивается речной песок: чем это грозит человечеству?
Ученые говорят, что это самая не замечаемая, а оттого опасная проблема, которая уже касается миллионов людей...
К 2060 году половина плотин в мире выйдет из строя: США — главные в черном списке
Эксперты говорят: если не принять меры, часть Соединенных Штатов может полностью опустеть...
В России снова захотели строить железную дорогу в Индию: почему не удались прошлые попытки?
Эксперты говорят: дерзкий проект мог бы принести российской казне миллиардные прибыли...
За рамками науки: дети, которые помнят свои прошлые жизни
Ученые говорят, что феномена реинкарнации нет, но факты утверждают обратное...
Кольца на деревьях раскрыли тайну гибели последней империи кочевников в Евразии
Поразительно, но падение Джунгарского ханства началось за тысячи километров от Азии, в Северной Атлантике...
Самый наглый археологический фейк в истории: итальянец 20 лет показывал туристам фальшивый амфитеатр Цезаря
Судебный процесс длилось почти десятилетие, но даже сейчас эта история очень далека от завершения...
Тайна огней Марфы, 150 лет не дававшая покоя ученым, похоже, разгадана
Болотный газ? Огни святого Эльма? НЛО? Ответ оказался намного проще и сложнее одновременно...
Немецкий ученый был главным в секретной ракетной программе: однажды он вышел из кабинета и исчез навсегда
Как операция «Дамоклов меч» пресекла главную военную операцию целого государства...
«Сувенир» от неандертальцев: секреты этих мутаций не разгаданы до конца
Они живут в ДНК 47 000 лет, но почему их совсем нет у африканцев, зато много у жителей Южной Азии...
Авокадо ежедневно меняет пол, и исследователи, наконец, выяснили, как именно
Почему селекционеры и ботаники ждали этого открытия более 100 лет?...
Этим книгам осталось жить считаные дни: кто охотится на очень редкие экземпляры, а затем уничтожает их?
Эксперты бьют тревогу: это, пожалуй, самый циничный поворот в истории книгопечатания...