Ekip, kararlı, verimli, anotsuz sodyum pil geliştiriyor

0
15

Bingyuan Ma, şeffaf bir kılcal hücre tutuyor. McKelvey Mühendislik Okulu’ndaki Bai’nin Laboratuvarı, dünyada bu tür teşhis hücrelerine sahip tek laboratuvar. Kredi bilgileri: Peng Bai Lab

Piller söz konusu olduğunda, enerji yoğunluğu ve rahatlığı açısından sahip olduğumuz en iyisi lityum iyondur.

Şimdilik.

McKelvey Mühendislik Fakültesi Enerji, Çevre ve Kimya Mühendisliği Bölümü’nde yardımcı doçent olan Peng Bai’nin St. Louis laboratuvarındaki Washington Üniversitesi, oldukça verimli, yapımı daha ucuz olacak ve bir zamanlar gerekli olan bir özelliğin ortadan kaldırılması nedeniyle geleneksel bir lityum iyon pilden önemli ölçüde daha küçüktür.

Bai, “Minimumun maksimum olduğunu bulduk” dedi. “Hiçbir anot en iyi anot değildir.”

Araştırma, 3 Mayıs 2021’de Advanced Science dergisinde yayınlandı.

Geleneksel bir lityum iyon pil, her ikisi de lityum iyonları depolayan bir katot ve anottan oluşur; elektrotları her iki tarafta ayrı tutmak için bir ayırıcı; ve bir elektrolit – iyonların hareket ettiği sıvı. Lityum anottan katoda aktığında, lityum ayırıcıdan katoda geçerken serbest elektronlar akım toplayıcıdan güç verilen cihaza ayrılır.

Şarj etmek için işlem tersine çevrilir ve lityum katottan ayırıcıdan anoda geçer.

Sodyum metalin düzgün büyümesi, Bai ve Ma’nın anotsuz pilleri için elektrolitin nihai kalite kontrolüdür. Kredi bilgileri: Peng Bai Lab

Lityumu sodyum ile değiştirme ve anodu ortadan kaldırma kavramı yeni değil.

“Eski kimyayı kullandık,” dedi Bai. “Ancak sorun şu ki, bu iyi bilinen kimyada, hiç kimse bu anotsuz pilin makul bir kullanım ömrüne sahip olduğunu göstermedi. Her zaman çok hızlı arızalanırlar veya çok düşük kapasiteye sahipler veya akım toplayıcının özel olarak işlenmesini gerektiriyorlar.”

Anotsuz piller istikrarsız olma eğilimindedir, büyüyen dendritler — pilin kısa devre yapmasına veya basitçe hızla bozulmasına neden olabilen parmak benzeri büyümeler. Bu, geleneksel olarak, söz konusu olan alkali metallerin, bu durumda sodyumun reaktivitesine atfedilmiştir.

Yeni tasarlanan bu pilde, akım toplayıcı olarak anot tarafında sadece ince bir bakır folyo tabakası kullanılmıştır, yani pilin aktif anot malzemesi yoktur. Katoda geri dönmek için zamana kadar oturdukları bir anoda akmak yerine, anotsuz pilde iyonlar bir metale dönüştürülür. Önce, kendilerini bakır folyoya plakalarlar, sonra katoda dönme zamanı geldiğinde çözülürler.

Gazetenin ilk yazarı ve Bai’nin laboratuarında bir doktora öğrencisi olan Bingyuan Ma, “Keşifimizde dendritler, parmak benzeri yapılar yok” dedi. Tortu, metal bir parıltıyla pürüzsüzdür. “Bu tür bir alkali metal için bu tür bir büyüme modu hiç gözlemlenmemiştir.”

“Gözlemek” anahtardır. Bai, pillere yeni bir bakış açısı sunan benzersiz, şeffaf bir kılcal hücre geliştirdi. Geleneksel olarak, bir batarya arızalandığında, neyin yanlış gittiğini belirlemek için, bir araştırmacı bataryayı açıp bir bakabilir. Ama sonradan gözlemlemenin sınırlı faydası vardır.

Bai, “Pilin tüm dengesizlikleri çalışma sürecinde birikir,” dedi. “Gerçekten önemli olan dinamik süreç sırasında istikrarsızlıktır ve bunu karakterize edecek bir yöntem yoktur.” Ma’nın anotsuz kılcal hücresini izleyen Bai, “Elektrolitinizin iyi kalite kontrolüne sahip değilseniz, dendrit oluşumu da dahil olmak üzere çeşitli dengesizlikler göreceğinizi açıkça görebiliyorduk” dedi.

Ani büyüme ve piko litrelik balon, önceki anotsuz pillerdeki erken arızaların temel nedenidir. Kredi bilgileri: Peng Bai Lab

Esasen, elektrolitte ne kadar su olduğuna bağlıdır.

Alkali metaller suyla reaksiyona girdiğinden araştırma ekibi su içeriğini düşürdü. Bai, “Sadece iyi bir performans görmeyi umuyorduk” dedi. Pili çalışırken izleyen araştırmacılar, kısa bir süre sonra parlak, pürüzsüz sodyum birikintileri gördüler. Dendritlerin büyümesine yol açabilecek morfolojik düzensizlikleri ortadan kaldıran malzemenin pürüzsüzlüğüdür.

Bai, “Kapiler hücreleri kontrol etmek için geri döndük ve elektrolitin daha uzun bir kurutma işlemi olduğunu fark ettik” dedi. Herkes pillerdeki su içeriğinden bahsediyor, ancak önceki araştırmalarda, su miktarı genellikle not edilmesi gereken basit bir istatistiğe indirilmişti.

Bai ve Ma aslında anahtarın bu olduğunu anladılar.

Bai, “Su içeriği milyonda 10 parçadan daha düşük olmalıdır” dedi. Bu farkındalıkla Ma, sadece bir kılcal hücre değil, aynı zamanda performans açısından standart bir lityum iyon pile benzer, ancak anot eksikliğinden dolayı çok daha az yer kaplayan bir çalışan pil de üretmeyi başardı.

Bai, “Cep telefonunuzu kontrol edin. Elektrikli arabanız. Bu tür öğelerin maliyetinin dörtte biri pilden geliyor” dedi. Sodyum piller, lityum pillerden daha yaygın bir metal kullanır; lityum pillerle aynı enerji yoğunluğuna sahiptirler; ve anodun ortadan kaldırılması sayesinde lityum pillere göre daha küçük ve daha ucuzdur.

Bai, “En iyi pili etkinleştirmek için en basit kurulumu kullanabileceğinizi kanıtladık” dedi.

Bir gün yenilenebilir enerjiyi depolayabilen anotsuz bir çinko pil Daha fazla bilgi: Bingyuan Ma ve diğerleri, Mikroskobik Optik Operando Deneyleri Tarafından Doğrulanan Dinamik Arayüzey Kararlılığı Yüksek Tutma Oranlı Anotsuz Na Metal Tam Hücreleri Sağlıyor, İleri Bilim (2021). DOI: 10.1002 / advs.202005006 St. Louis’deki Washington Üniversitesi tarafından sağlanmıştır.

Alıntı: Ekip, 3 Mayıs 2021’de https://techxplore.com/news/2021-05-team-stable-efficient-anode-free-sodium’dan alınan kararlı, verimli, anotsuz sodyum pil geliştiriyor (2021, 3 Mayıs). html

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacına yönelik herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölümü çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz