Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Глобальный Инновационный Гиперпортал

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 58 RSS
←   Январь 2016   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://www.gigport.ru
Открыта: 28-11-2013

Автор
Джек Воробей

Статистика

58 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Глобальный Инновационный Гиперпортал


 

ЦЕПОЧКИ ВАКАНСИЙ ЦЕПОЧКИ ВАКАНСИЙ


15.01.2016 физика, материаловедение, электрохимия, пожаробезопасность, энергетика



Для Li-ion батарей пожаробезопасная альтернатива жидким электролитам - твёрдые, но последние пока имеют низкую электропроводность. Эксперименты, проведённые американскими учёными, показывают, что создать безопасные батареи возможно с помощью нейтронной дифракции.

Появлению более безопасных и, в то же время, эффективных литий-ионных батарей (lithium-ion batteries-LIBs) могут способствовать новые результаты, полученные с применением установки по бомбардировке нейтронами Spallation Neutron Source (SNS), Окриджской Национальной Лаборатории Министерства энергетики США (Oak Ridge National Laboratory). Результаты экспериментов были опубликованы в журналах Chemistry of Materials и Journal of Materials Chemistry A.

«Вопрос, на который мы хотим ответить - как мы можем соотнести структуру материала с его возможности, - сказал Ан. - Поиск ответа на это будет очень полезен для группы материалов и устройств, в частности, в области электрохимии, таких как батареи».

«Проблема с жидким электролитом, - считает учёный - в том что, имея высокий уровень проводимости, что само по себе хорошо, в некоторых случаях, при высоких напряжениях или высоких температурах, он воспламеняется, в результате чего батарея даже "взрывается" - что очевидно, очень плохо».

Используя методы нейтронной дифракции и инструмент VULCAN на седьмом отводе SNS, группа учёных под руководством Кэ Ана (Ke An) изучила в деталях эволюцию структуры легированных электролитов гранатного типа в процессе их синтеза. Это позволило выявить механизм, ответственный за увеличение их ионной проводимости.

Объединённые в «библиотеки», батареи на основе электролитов состоят из двух электродов, положительного и отрицательного, а также электролита в середине, который образует ядро батареи, и облегчает движение ионов, путешествующих туда и обратно между электродами.

Для достижения желаемого уровня проводимости в твёрдом электролите, необходимы цепочки вакансий в его кристаллической структуре, по которым, перескакивая с одной на другую, могли бы перемещаться ионы. В этом отношении весьма перспективны цирконаты лития лантана или материалы на основе Li7La3Zr2O12 с кубической структурой граната. Однако, как отмечает Ан, в синтезированных гранатах часто развиваются нежелательные вторичные фазы с низкой проводимостью, которые ухудшают качество электролита, и в некоторых случаях могут быть вредны для электролитической производительности. По сути, это означает, что полезные вакансии для «прыгающих» ионов не всегда развиваются там, где того хотят дизайнеры.

С помощью установки VULCAN учёные смогли визуализировать в реальном времени структуру материала без вмешательства в процесс синтеза граната, во время которого протекают мириады химические реакций. Они выяснили, что воспрепятствовать формированию вторичных фаз при термообработке можно путём легирования материала следовыми количествами различных элементов, обладающих высокой валентностью - способностью образовывать связи. Наряду с подавлением нежелательных фаз, одновременно растёт число полезных вакансий для ионного транспорта, что является ключом, раскрывающим высокий электролитический потенциал граната.

Эксперименты Ана и его команды дали материаловедам способ, позволяющий гарантированно получать высокую ионную проводимость, выбирая с помощью простой формулы подходящий легирующий элемент (присадку) с нужной валентностью - то, что раньше делалось методом проб и ошибок, и не позволяло сэкономить, ни деньги, ни время.
В избранное