Reklam
Teknoloji Haberleri

Lityum Zengin Pillere Atomik Bir Bakış

reklam
Reklam


Lityum Zengin Katot

Lityum açısından zengin bir katodun görselleştirilmesi. Kredi: Carnegie Mellon Üniversitesi ve Northeastern Üniversitesi

reklam

Piller, Volta’nın 200 yıl önce bakır ve çinko diskleri ilk kez bir araya getirmesinden bu yana çok yol kat etti. Teknoloji kurşun-asitten lityum-iyon’a gelişmeye devam ederken, daha yüksek yoğunluk elde etmek ve dendrit büyümesini bastırmak gibi birçok zorluk hala var. Uzmanlar, enerji açısından verimli ve güvenli pillere yönelik büyüyen, küresel ihtiyacı ele almak için yarışıyor.

Ağır hizmet araçlarının ve uçakların elektrifikasyonu, daha fazla enerji yoğunluğuna sahip piller gerektirir. Bir araştırma ekibi, bu endüstriler için pil teknolojisinde önemli bir etki yaratmak için bir paradigma değişikliğinin gerekli olduğuna inanıyor. Bu kayma, lityum açısından zengin katotlardaki anyonik indirgeme-oksidasyon mekanizmasından yararlanacaktır. Yayınlanan bulgular Doğa Bu anyonik redoks reaksiyonunun ilk kez doğrudan gözlemlenmesi, lityum açısından zengin bir pil malzemesinde gözlemlendi.

reklam

İşbirliği yapılan kurumlar arasında Finlandiya’daki Carnegie Mellon Üniversitesi, Northeastern Üniversitesi, Lappeenranta-Lahti Teknoloji Üniversitesi (LUT) ve Japonya’daki Gunma Üniversitesi, Japonya Synchrotron Radyasyon Araştırma Enstitüsü (JASRI), Yokohama Ulusal Üniversitesi, Kyoto Üniversitesi ve Ritsumeikan Üniversitesi bulunmaktadır.

Lityum açısından zengin oksitler, çok daha yüksek depolama kapasitelerine sahip oldukları gösterilmiş oldukları için umut verici katot malzeme sınıflarıdır. Ancak, pil malzemelerinin karşılaması gereken bir ‘VE sorunu’ vardır – malzeme hızlı şarj edilebilmeli, aşırı sıcaklıklara karşı kararlı olmalı ve binlerce döngü için güvenilir bir şekilde dönmelidir. Bilim adamlarının bunu ele almak için bu oksitlerin atomik düzeyde nasıl çalıştığını ve bunların altında yatan elektrokimyasal mekanizmaların nasıl bir rol oynadığını net bir şekilde anlaması gerekiyor.

Normal Li-ion piller, lityum yerleştirildiğinde veya çıkarıldığında bir metal iyon oksidasyon durumunu değiştirdiğinde katyonik redoks ile çalışır. Bu yerleştirme çerçevesinde, metal iyon başına yalnızca bir lityum iyon depolanabilir. Bununla birlikte, lityum açısından zengin katotlar çok daha fazlasını depolayabilir. Araştırmacılar bunu anyonik redoks mekanizmasına bağlıyor – bu durumda oksijen redoks. Bu, geleneksel katotlara kıyasla enerji depolamasını neredeyse iki katına çıkaran, malzemelerin yüksek kapasitesiyle ilişkilendirilen mekanizmadır. Bu redoks mekanizması, pil teknolojileri arasında önde gelen rakip olarak ortaya çıkmasına rağmen, malzeme kimyası araştırmalarında bir pivot anlamına gelir.

Ekip, bir fotonun bir parçacık (genellikle bir elektron) ile etkileşime girdikten sonra düz bir yörüngeden saptığı fenomen olan Compton saçılımını kullanan redoks mekanizması için kesin kanıtlar sağlamak için yola çıktı. Araştırmacılar, JASRI tarafından işletilen dünyanın en büyük üçüncü nesil senkrotron radyasyon tesisi olan SPring-8’de sofistike teorik ve deneysel çalışmalar gerçekleştirdiler.

Sinkrotron radyasyonu, elektron ışınları (neredeyse) ışık hızına hızlandırıldığında üretilen ve bir manyetik alan tarafından kavisli bir yolda gitmeye zorlanan elektromanyetik radyasyonun dar, güçlü ışınlarından oluşur. Compton saçılması görünür hale gelir.

Araştırmacılar, tersinir ve kararlı anyonik redoks aktivitesinin kalbinde yer alan elektronik yörüngenin nasıl görüntülenebileceğini ve görselleştirilebileceğini ve karakterinin ve simetrisinin belirlendiğini gözlemlediler. Bu bilimsel ilk, gelecekteki pil teknolojisi için oyunun kurallarını değiştirebilir.

Önceki araştırmalar, anyonik redoks mekanizmasının alternatif açıklamalarını önermiş olsa da, standart deneylerle ölçülemediğinden redoks reaksiyonlarıyla ilişkili kuantum mekanik elektronik orbitallerin net bir görüntüsünü sağlayamadı.

Araştırma ekibinde bir “A ha!” Vardı. teori ve deneysel sonuçlar arasındaki redoks karakterindeki anlaşmayı ilk gördükleri an. Doktora sonrası bir araştırma olarak bu çalışmayı yürüten çalışmanın baş yazarı Hasnain Hafiz, “Analizimizin, pil araştırması için temelde önemli olan redoks mekanizmasından sorumlu oksijen durumlarını görüntüleyebileceğini fark ettik” dedi. Carnegie Mellon’da ortak.

Carnegie Mellon’da makine mühendisliği doçenti olan Venkat Viswanathan, “Lityum açısından zengin bir pil malzemesindeki anyonik redoks mekanizmasını destekleyen kesin kanıtlarımız var” dedi. “Çalışmamız, atomik ölçekte lityum açısından zengin bir pilin işleyişinin net bir resmini sunuyor ve elektrikli havacılığı mümkün kılmak için yeni nesil katotların tasarlanması için yollar öneriyor. Yüksek enerji yoğunluklu katotların tasarımı, piller için bir sonraki sınırı temsil ediyor.”

Referans: Hasnain Hafiz, Kosuke Suzuki, Bernardo Barbiellini, Naruki Tsuji, Naoaki Yabuuchi, Kentaro Yamamoto, Yuki Orikasa, Yoshiharu Uchimoto, Yoshiharu Sakurai, Hiroshi Sakurai, Arun Brasu Bansil ve Venkata tarafından “Lityum açısından zengin pil malzemelerinde oksijen orbitallerinin tomografik rekonstrüksiyonu” Viswanathan, 9 Haziran 2021, Doğa.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03509-z




scitechdaily.com

Source link

reklam
reklamm

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

reklam
Başa dön tuşu

Reklam Engelleyici Algılandı

Lütfen Reklam Engelleyiciyi Kapatınız