Kontrollierbare „Defekte“ verbessern die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien

Eine neue Studie dieser North Carolina State University, die in Zusammenarbeit mit Batterieprüfforschern des Oak Ridge Nationalistisch Laboratory des US-Energieministeriums durchgeführt wurde, zeigt, dass extrem kurze Pulse eines Hochleistungslasers winzige Defekte in Lithium-Ionen-Batteriematerialien verursachen können – Defekte, die kann die Batterieleistung verbessern.

Die denn gepulstes Nanosekunden-Laserglühen bezeichnete Technologie dauert nur 100 Nanosekunden und wird von demselben Lasertyp erzeugt, dieser in modernen Augenoperationen verwendet wird. Die Forscher testeten die Technologie an Graphit, einem Werkstoff, dies zig-mal in Lithium-Ionen-Batterieanoden oder positiven Elektroden verwendet wird. Sie testeten die Technologie in Chargen von 10 Impulsen und 80 Impulsen und verglichen die Unterschiede in dieser Stromkapazität; Die Leistung wird berechnet, während die Tonus mit dem Strom multipliziert wird.

Lithium-Ionen-Batterien werden zig-mal in tragbaren elektronischen Geräten und Elektroautos verwendet. Mit weiteren Verbesserungen könnten selbige Batterien verschmelzen großen Stärke hinaus den Zuführung und denn Speichergeräte z. Hd. erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne nach sich ziehen.

Die Studie zeigte eine Warteschlange interessanter Ergebnisse, sagte Jay Narayan, John Kohlenstoff. Fan Family Distinguished Chair in Materials Science am NC State und korrespondierender Schreiberling eines Artikels, dieser die Arbeit beschreibt. Narayan leistete Pionierarbeit zusammen mit dieser Verwendung von Lasern zur Erzeugung und Zugriff von Defekten in Halbleitern in einer Arbeit, die sich darüber hinaus mehr denn vier Jahrzehnte erstreckte.

„Materialfehler können lästig sein, daher wenn man sie richtig konstruiert, kann man sie zu einem Vorteil zeugen“, sagte er. „Solche Technologie öffnet sozusagen die Tür z. Hd. Lithium-Ionen und erhoben so die Stromkapazität. Graphitanoden existieren aus Stufen und Rillen hinaus dieser Oberfläche – mehr Stufen zu schaffen ist wie dies Schaffen von mehr Türen z. Hd. Lithium-Ionen zum Ein- und Aussteigen , welches von Vorteil ist.

„Die Technologie erzeugt im gleichen Sinne Defekte, die denn Leerstellen bezeichnet werden, zusammen mit denen es sich um fehlende Atome handelt, und dies hilft, mehr Stellen z. Hd. dies Kommen und In Betracht kommen von Lithiumionen bereitzustellen, welches mit dieser aktuellen Kondensator zusammenhängt.“

Die Stromkapazität erhöhte sich um 20 %, wenn die optimale Impulszahl verwendet wurde, die näher zusammen mit 10 denn zusammen mit 80 Impulsen lag.

Die Studie zeigte daher im gleichen Sinne, dass zu viel des Guten im gleichen Sinne schlecht sein kann, da zu viele Defekte in den Graphitanoden zu Problemen münden können.

„Lithiumion hat eine positive Ladung, wenn es demgemäß ein Elektronenwelle einfängt, wird es zu Lithiummetall, und dies wollen Sie nicht“, sagte Narayan. „Lithiummetall schießt winzige Drahtdendriten aus dieser Graphitanode und kann verschmelzen Braunfäule verursachen. Sie möchten demgemäß sicherstellen, dass ein Lithiumion nicht zu einem Metall wird.“

Narayan sagte, dass Hersteller in dieser Position sein sollten, Nanosekunden-Impulslaserglühen zu verwenden, wenn sie sowohl Anoden denn im gleichen Sinne Kathoden herstellen, die anderen Elektroden, die in Batterien enthalten sind.

„Solche Hochleistungslaser leben, und Sie können Anoden und Kathoden intrinsisch einer Mikrosekunde erläutern“, sagte Narayan. „Die Kathoden oder Anoden werden hinaus einem Walzblech hergestellt, welches die Therapie relativ schnell und wie geschmiert macht.“

Narayan und Kollegen von dieser University of Texas-Austin veröffentlichten kürzlich eine weitere Veröffentlichung, in dieser dieselbe Lasertechnik z. Hd. Kathodenmaterialien verwendet wurde. Solche in ACS Applied Materials and Interfaces veröffentlichte Studie zeigte durch Laserbehandlung verbesserte Kathodenmaterialien.

„Wie nächstes versuchen wir, die Verwendung teurerer Materialien wie Kobalt in Batteriekathoden zu verklappen, um Batterien mit höherer Leistung und längerer Nutzungsdauer herzustellen“, sagte Narayan.

Forschungsbericht: „Mikrostruktur- und Defizit-Engineering von Graphitanoden durch gepulstes Laserglühen z. Hd. verbesserte Leistung von Lithium-Ionen-Batterien“

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North Carolina State University

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