Migliore, più veloce, più forte: Batterie della costruzione che non vanno asta

Gli Accumulatori liti-ione tengono la promessa incredibile per capacità di stoccaggio migliore, ma sono volatili. Tutti abbiamo sentito le notizie circa gli Accumulatori liti-ione in telefoni -- specialmente il Samsung Galaxy 7 -- indurre i telefoni a prendere fuoco.

Gran parte del problema risulta dall'uso dell'elettrolito del liquido infiammabile dentro la batteria. Un approccio è di usare un elettrolito solido ininfiammabile insieme ad un elettrodo del metallo del litio. Ciò aumenterebbe l'energia della batteria mentre allo stesso tempo faceva diminuire la possibilità di un fuoco.

Essenzialmente, la destinazione sta costruendo le batterie semi condutrici della prossima generazione che non vanno asta. Il viaggio è di capire fondamentalmente il litio.

«Tutti stanno esaminando appena le componenti di immagazzinamento dell'energia della batteria,» dice Erik Herbert, assistente universitario di scienza dei materiali e costruire all'università tecnologica del Michigan. «Molto pochi gruppi di ricerca sono interessati nella comprensione degli elementi meccanici. Ma basso e behold, noi stanno scoprendo che le proprietà meccaniche di litio stessa possono essere il pezzo chiave del puzzle.»

I ricercatori di tecnologia del Michigan contribuiscono significativamente a guadagnare una comprensione fondamentale del litio con i risultati pubblicati oggi in serie invitata della tre-carta nel giornale di Materials Research, pubblicato insieme dalla stampa della società e dell'università di Cambridge di Materials Research. Herbert e Stephen Hackney, professore di scienza dei materiali e di ingegneria, con lo scalmo viola, un dottorando a tecnologia del Michigan, Nancy Dudney al laboratorio nazionale di Oak Ridge e Sudharshan Phani al centro di ricerca avanzato internazionale per le metallurgie delle polveri ed i nuovi materiali, risultati della parte che sottolineano il significato del comportamento meccanico del litio nel controllo la prestazione e della sicurezza delle batterie della prossima generazione.

Come un calcestruzzo offensivo del ciclo di gelo-disgelo, i dendrites del litio danneggiano le batterie

Il litio è un metallo estremamente reattivo, che gli rende al il cattivo comportamento incline. Ma è inoltre molto buono a memorizzare l'energia. Vogliamo i nostri telefoni (e computer, compresse ed altri apparecchi elettronici) per caricarci il più rapidamente possibile ed in modo da pressioni del gemello del fronte dei produttori della batteria: Faccia le batterie che caricano molto rapidamente, passanti una tassa fra il catodo e l'anodo il più rapidamente possibile e renda le batterie affidabili malgrado essere caricatoe ripetutamente.

Il litio è un metallo molto molle, ma non si comporta come previsto durante l'alimentazione a batteria. La pressione di montaggio che si presenta inestricabile durante caricare e lo scarico dei risultati di una batteria in dita microscopiche di litio ha chiamato i dendrites per riempire i difetti microscopici preesistenti ed inevitabili -- le scanalature, si immerge in e graffia -- all'interfaccia fra l'anodo del litio ed il separatore solido dell'elettrolito.

Durante il riciclaggio continuato, questi dendrites possono forzare il loro modo in e finalmente da parte a parte, lo strato solido dell'elettrolito che separa fisicamente l'anodo ed il catodo. Una volta che un dendrite raggiunge il catodo, il dispositivo mette in cortocircuito spesso catastroficamente e si guasta. Fuochi di ricerca di Hackney e di Herbert su come il litio attenua la pressione che si sviluppa naturalmente durante caricare e lo scarico della batteria semi conduttrice.

I loro documenti che di lavoro il comportamento notevole di litio alla lunghezza di submicron riporta in scala -- perforando giù nei più piccoli e discutibilmente attributi più sbalorditivi del litio. Rientrando i film del litio con una sonda diamante-fornita di punta per deformare il metallo, i ricercatori esplorano come il metallo reagisce a pressione. I loro risultati confermano inatteso l'ad alta resistenza di litio delle alle scale piccolo lunghezzi riferite all'inizio di quest'anno dai ricercatori a tecnologia di caloria.

Configurazione di Hackney e di Herbert su quella ricerca fornendo la spiegazione inaugurale e meccanica di litio sorprendente ad alta resistenza.

La capacità del litio di diffondere o riorganizzare i suoi propri atomi o ioni nel tentativo d'alleviare la pressione imposta dalla punta del penetratore, indicata a ricercatori l'importanza della velocità a cui il litio è deformato (quale è collegato con quanto velocemente le batterie sono caricate e scaricate) come pure agli effetti dei difetti e delle deviazioni nella disposizione degli ioni del litio che comprendono l'anodo.

Perforazione giù per capire il comportamento di litio

Nell'articolo «Nanoindentation del vapore di grande purezza ha depositato i film del litio: Il modulo elastico,» ricercatori misura le proprietà elastiche di litio per riflettere i cambiamenti nell'orientamento fisico degli ioni del litio. Questi risultati sottolineano la necessità delle proprietà elastiche orientamento-dipendenti del litio d'incorporazione in tutto il lavoro futuro di simulazione. Herbert ed Hackney inoltre forniscono la prova sperimentale che indica che il litio può avere una capacità migliorata di trasformare l'energia meccanica nel calore lungamente riporta in scala meno di 500 nanometri.

Nell'articolo che segue, «Nanoindentation del vapore di grande purezza ha depositato i film del litio: Una razionalizzazione meccanicistica del litio di Hackney e di Herbert del documento diffusione-mediati», di flusso notevolmente ad alta resistenza riporta in scala lungamente meno di 500 nanometri e forniscono la loro struttura originale, che mira a spiegare come la capacità del litio di dirigere la pressione è controllata dalla diffusione e dal tasso a cui il materiale è deformato.

Per concludere, «in Nanoindentation del vapore di grande purezza ha depositato i film del litio: Una razionalizzazione meccanicistica della transizione dalla diffusione a flusso dislocazione-mediato,» gli autori fornisce un modello statistico che spiega le circostanze nell'ambito di cui il litio subisce una transizione brusca che ulteriormente facilita la sua capacità di alleviare la pressione. Inoltre forniscono un modello che direttamente collega il comportamento meccanico di litio alla prestazione della batteria.

«Stiamo provando a capire i meccanismi da cui il litio allevia lungamente le scale di pressione che sono proporzionate ai difetti interfacciali,» Herbert dice. Il miglioramento della nostra comprensione di questa questione fondamentale direttamente permetterà allo sviluppo di un'interfaccia stabile che promuove la prestazione di riciclaggio della cassaforte, di lungo termine e di tasso alto.

Dice Herbert: «Spero che il nostro lavoro abbia un impatto significativo sulla presa della gente della direzione che prova a sviluppare i dispositivi di archiviazione seguente-GEN.»