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Funktionieren bessere Lithium-Ionen-Batterien, wie sie?
Dec 24, 2016

Batterieforschung konzentriert sich auf Balancingthree konkurrierende Faktoren: Leistung, Lebensdauer und Sicherheit. In der Regel müssen Sie einen dieser Faktoren zu Gewinne in den beiden anderen Opfern. Aber für Anwendungen Likeelectric Fahrzeuge, Weand #39; d wirklich gerne alle drei verbessert sehen.

In einer Untersuchung, die vor kurzem veröffentlichtEnergie der Natur, Wissenschaftler demonstriert die Fähigkeit, ein Magnetfeld auszurichten Graphitflocken innerhalb Elektroden als Theyand #39; Re hergestellt. Die Ausrichtung gibt Lithium-Ionen einen klarer Weg für den transit der Batterie führt zu einer verbesserten Performance.

Die Elektroden der Lithium-Ionen-Batterien bestehen oft aus Graphit, Whichbalances Attribute wie z. B. eine hohe Energiedichte mit ungiftig, Sicherheit und niedrige Kosten. Graphit, bestehend aus gestapelten Platten aus Kohlenstoffatomen, ist häufig in diese Elektroden in Form von plättchenförmigen Teilchen enthalten.

Graphit hat viele Vorteile, es hat auch eine Kehrseite: sie schränkt die Bewegung des Lithiumions, ist eine grundlegende Partofcharging und Entladung. Die Lithiumionsare nur in der Lage, innerhalb der Flugzeuge bewegen sich zwischen gestapelten Graphenesheets und Tonavigate haben oft einen stark gewundenen Pfad wie sie beim Laden und Entladen bewegen. Diese langsame Bewegung durch Theelectrodes bleibt eine entscheidende Herausforderung in der Entwicklung von Batterien mit verbesserter Leistung.

Die Autoren des Fachartikels begründete, dass es zu Alignthe Graphitflocken möglich sein sollte, so dass sie einen linearen Pfad für Ionen innerhalb der Batterie bewegen bieten. Dazu, Theydecided, magnetische Felder zu verwenden. Es gab nur ein Problem: Graphit Doesnand #39; t stark auf magnetische Felder reagieren.

Um dieses Problem zu umgehen, beschichtet die Wissenschaftler die Flocken mit super paramagnetisch Eisenoxid-Nanopartikeln. Die beschichteten Graphitflocken wurden dann in Äthanol suspendiert. Sie die Suspension homogenisiert und fügte eine kleine Menge eines chemischen Bindemittels (2 Prozent von Weightpoly (Vinyl-pyrrolidon), das half den Alignment-Prozess zu erleichtern. Eine relativ verdünnte Suspension war verwendet Givethe Flocken genug Platz, um bei der Ausrichtung zu bewegen.

Bei der Herstellung der Elektroden waren die Graphit-Partikel durch ein rotierendes Magnetfeld ausgerichtet senkrecht zum Teil die Batterythatwould Umtauschgebühren mit dem Graphit (genannt ein Stromabnehmer). Die Wissenschaftler fanden heraus, dass ein magnetisches Feld so niedrig wie 100 mT die Flocken ausrichten konnte. Zum Vergleich ist diese magnetische Kraft größer als die durchschnittliche Kühlschrank-Magnet (1 m), aber deutlich kleiner als ein MRT Magnet (1,5 T). Als Kontrolle, die sie auch bereit Referenz Elektroden in Ermangelung eines magnetischen Feldes.

Nach der Herstellung bewertet das Team die Ausrichtung der die Graphitflocken unter beiden Bedingungen abgelagert. Visuelle Analyse ergab eine klare Orientierung von Flocken in Elektroden hergestellt unter dem Einfluss des Magnetfeldes. Die Flocken waren bei Anangle von 60 Grad über der Ebene des Stromabnehmers gekippt. Dagegen fiel die Graphitflocken in die Referenzelektroden meist parallel zu den Stromabnehmer.

Die Wissenschaftler durchgeführt als nächstes eine Reihe von Experimenten, die Änderung im Pfad zu bewerten die Lithium-Ionsneeded zu navigieren. Alles in allem sahen sie, dass das magnetische Feld um den Faktor 4 im Vergleich zu den Referenzelektroden Schlängelung der Pfade durch die Elektrode verringert.

Schließlich bewertet sie Howthis betroffen, dass die Akku-Leistung testen die Elektrode in einer Halbzelle Konfiguration (bedeutet, dass sie Didnand #39; t eine volle Batterie zu bauen). Bei praktischen Tarife erhöht Ausrichtung die Graphitflocken Lithium Storage-Kapazität der Elektrode um einen Faktor von 1,6 bis 3.

Diese Untersuchung zeigt, dass Chemie ist nicht der einzige wichtige Faktor spielen bei Batterie-Design – Optimierung der Elektrode Architektur kann Batterieleistung sowie helfen. Zukünftige Studien müssen die Besteuerungsgrundlage Skalierbarkeit dieser Technik.


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