Метод жидкой микроскопии открывает новую проблему с литий-кислородными батареями

Используя прогрессивный, новый метод микроскопии, который может визуализировать химические реакции, происходящие в жидких средах, ученые нашли новую причину, почему литий-кислородные батареи – которые обещают почти в пять раз больше энергии, чем литий-ионные батареи, которые телефоны с электроприводом и электромобили – постепенно замедляются в темпе и умирают после нескольких циклов зарядки / разрядки. Они опубликовали свои выводы в журнале Nano Energy.

Реза Шахбазян-Яссар. Фото: Дженни Фонтен.

«Мы впервые увидели, что перекись лития развивается в жидком электролите литий-кислородных батарей и способствует замедлению и окончательной гибели этих батарей» сказал Реза Шахбазян-Яссар, адъюнкт-профессор механической и промышленной инженерии в Университете штата Иллинойс в Чикагском техническом колледже и ведущий автор статьи. « Это новая причина, по которой эти многообещающие батареи имеют такое крутое снижение эффективности и выход после относительно небольшого количества циклов зарядки / разрядки».

В течение многих лет литий-кислородные батареи привлекали исследователей батарей из-за их потенциальной высокой плотности энергии. Но они склонны замедляться и перестают функционировать относительно быстро по сравнению с другими батареями. Одной из причин этой потери мощности является то, что побочный продукт химических реакций, которые происходят внутри батареи – перекись лития, накапливается на электродах батареи. Электроды с покрытием больше не могут работать эффективно и химические реакции, которые в конечном итоге создают энергию.

Но в настоящее время Шахбазян-Яссар и его коллеги, используя новый метод электронной электронной микроскопии, сформулированный студентами-выпускниками инженерных специальностей МСХ Кун Хэ и Ифэй Юань, доказали на нанометровом уровне, что перекись лития также развивается в жидком электролитном компоненте батареи , дальнейшее замедление химических реакций.

Зная, что перекись лития накапливается в самом электролите, это очень важный вывод. Теперь мы можем придумать идеи и конструкции, которые либо предотвращают это, либо делают что-то для поддержания надлежащего функционирования электролита, поэтому он не мешает работе батареи, и мы можем использовать новый метод жидкой микроскопии, чтобы увидеть, двигаемся ли мы в правильном направлении.

Реза Шахбазян-Яссар, доцент механико-промышленной инженерии

До сих пор литиево-кислородные батареи использовались только в качестве лабораторных прототипов, а массовые литий-кислородные батареи для коммерческого или общественного использования еще дальше, сказал Шахбазян-Яссар. « Есть много проблем, которые необходимо преодолеть с помощью литиево-воздушных батарей, прежде чем они смогут проникнуть в основное русло, но точно знать, что это за проблемы, – это большой первый шаг к коммерциализации этих чрезвычайно высокоэнергетических батарей».

Kun He, Yifei Yuan, Tara Foroozan и Boao Песня Инженерного колледжа UIC; и Xuanxuam Bi, Khalil Amine и Jun Lu of Argonne National Laboratory являются соавторами статьи

Это исследование было частично профинансировано грантом 1620901 из отдела исследований материалов Национального научного фонда и субконтрактом 4J-30361 из Аргоннской национальной лаборатории.

Source link