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Tipp Der Redaktion - 2019

Chemiker bieten verbesserte 3D-Look in Batterien

Anonim

Ein Team von Chemikern hat eine Methode entwickelt, um hochdetaillierte, dreidimensionale Bilder des Inneren von Batterien zu erhalten. Die auf Magnetresonanztomographie (MRI) basierende Technik bietet einen verbesserten Ansatz, um den Zustand dieser Energiequellen in Echtzeit zu überwachen.

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"Eine besondere Herausforderung, die wir lösen wollten, war, die Messungen dreidimensional und ausreichend schnell zu machen, so dass sie während des Batterieladezyklus durchgeführt werden konnten", erklärt Alexej Jerschow, Senior Chemical Professor der New York University. "Dies wurde durch die Verwendung von intrinsischen Verstärkungsprozessen möglich, die es ermöglichen, kleine Merkmale in der Zelle zu messen, um häufige Batteriefehlermechanismen zu diagnostizieren. Wir glauben, dass diese Methoden zu wichtigen Techniken für die Entwicklung besserer Batterien werden könnten."

Die Arbeit, die in Proceedings der National Academy of Sciences beschrieben wird, konzentriert sich auf wiederaufladbare Lithium-Ionen (Li-Ionen) -Batterien, die in Mobiltelefonen, Elektroautos, Laptops und vielen anderen Elektronikgeräten verwendet werden. Viele sehen Lithiummetall als vielversprechendes, hocheffizientes Elektrodenmaterial, das die Leistung steigern und das Gewicht der Batterie reduzieren könnte. Beim Aufladen von Batterien entstehen jedoch Ablagerungen - oder "Dendriten" -, die zu Leistungseinbußen und Sicherheitsbedenken führen können, einschließlich Bränden und Explosionen. Daher ist die Überwachung des Wachstums von Dendriten entscheidend für die Herstellung von Hochleistungsbatterien mit diesem Material.

Aktuelle Verfahren, die zuvor von demselben Team entwickelt wurden, haben MRI-Technologie verwendet, um Lithiumdendriten direkt zu betrachten. Solche Verfahren haben jedoch zu geringerer Empfindlichkeit und begrenzter Auflösung geführt, was es schwierig macht, Dendriten in 3D zu sehen und die Bedingungen, unter denen sie sich ansammeln, genau zu verstehen.

Vor diesem Hintergrund versuchten die Forscher, diesen Prozess zu verbessern, indem sie sich auf die umgebenden Elektrolyten des Lithiums konzentrierten - Substanzen, die Ladungen zwischen den Elektroden bewegen. Insbesondere fanden sie heraus, dass MRT-Bilder des Elektrolyten in der Nähe von Dendriten stark verzerrt wurden, was ein hochempfindliches Maß dafür darstellt, wann und wo sie wachsen.

Durch die visuelle Erfassung dieser Verzerrungen konnten die Wissenschaftler zudem aus schnellen MRT-Experimenten ein 3D-Bild der Dendriten konstruieren. Alternative Verfahren arbeiten normalerweise nicht mit Ladezellen und erfordern, dass die Batterien geöffnet werden, wodurch die Dendritenstruktur zerstört wird und die Chemie der Zelle verändert wird.

"Die Methode untersucht den Raum und die Materialien um die Dendriten herum und nicht die Dendriten selbst", erklärt Andrew Ilott, Postdoktorand der NYU und leitender Autor der Arbeit. "Dadurch ist die Methode universeller. Außerdem können wir Strukturen untersuchen, die von anderen Metallen gebildet werden, wie zum Beispiel Natrium oder Magnesium - Materialien, die derzeit als Alternative zu Lithium angesehen werden. Die 3D-Bilder geben uns besondere Einblicke in die Morphologie und das Ausmaß der Dendriten, die unter verschiedenen Batteriebetriebsbedingungen wachsen können. "

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Geschichte Quelle:

Materialien von der New York University zur Verfügung gestellt . Hinweis: Der Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.


Zeitschriftenreferenz :

  1. Andrew J. Ilott, Mohaddese Mohammadi, Hee Jung Chang, Clare P. Grey und Alexej Jerschow. Echtzeit-3D-Bildgebung des Mikrostrukturwachstums in Batteriezellen mittels indirekter MRT . Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften, September 2016 DOI: 10.1073 / pnas.1607903113