Ein internationales Wissenschaftlerteam hat einen Weg gefunden, das Batteriedesign zu verbessern, um sicherere und leistungsstärkere Lithiumbatterien herzustellen.
Wissenschaftler, die Neutronen verwenden, haben den ersten Benchmark (eine Nanosekunde) für eine Polymer-Elektrolyt- und Lithium-Salz-Mischung festgelegt. Die Ergebnisse könnten die Leistung und Sicherheit von Lithiumbatterien verbessern. Bildnachweis: Phoenix Pleasant/ORNL, US-Energieministerium
Das Team nutzte quasielastische Neutronenstreuung am Oak Ridge National Laboratory, um den ersten Benchmark, eine Nanosekunde oder ein Milliardstel Sekunde, für eine Mischung aus Lithiumsalz und einem organischen Polymerelektrolyten zu definieren.
„Alles kommt auf die Untersuchung von Materialien an“, sagte Eugene Mamontov, Leiter der ORNL-Gruppe für chemische Spektroskopie. „Und Polymerelektrolyte entzünden sich nicht wie flüssige Elektrolyte in Lithiumbatterien. »
Das Team nutzte die Neutronentechnik, um die Computersimulationen zu validieren und beendete damit eine langjährige Debatte darüber, wie lange es dauert, bis sich Lithiumionen aus den winzigen Käfigen der Polymerelektrolyte befreien. Die Geschwindigkeit, mit der die Ionen einer Batterie aus diesen Umgebungen oder aus Solvatisierungskäfigen in Polymerelektrolyten freigesetzt werden, trägt dazu bei, zu bestimmen, wie Energie durch die Batterie fließt. Polymerelektrolyte könnten energiedichtere Elektroden wie Lithiummetall ermöglichen, was zu leistungsstärkeren Elektroden führen würde. Lithiumbatterien.
Die Ergebnisse öffnen auch die Tür für eine schnelle Untersuchung neuer Batteriematerialien am ORNL. „Neutronen reagieren sehr empfindlich auf Wasserstoff, der in praktisch allen Elektrolyten vorhanden ist. Dies ermöglichte es uns, zu sehen, wie es sich durch das System bewegte, und die Dynamik von Polymerelektrolyten mit einem beispiellosen Detaillierungsgrad zu verstehen. „Andernfalls hätten wir Zeit und Dauer nicht bestimmen können“, sagte Naresh Osti, Wissenschaftler für Neutronenstreuung am ORNL.
„Die Interpretation der Neutronendaten aus dem Experiment am ORNL durch Naresh und Eugene ermöglichte es uns zu verstehen, inwieweit Lithiumionen in Polymerelektrolyten eingeschlossen sind. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass dieser allgemeine Ansatz auf flüssige Elektrolyte anwendbar ist“, sagte Nitash Balsara, Charles W. Tobias Professor für Elektrochemie an der University of California, Berkeley.
Quelle: Laboratoire national d’Oak Ridge
Ursprünglich veröffentlicht in The European Times.
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