Zinātnē ir pārsteidzoši garš saraksts ar lietām, kuras mēs joprojām vēl neesam precīzi izdomājuši, wager joprojām lietojam, jo tās darbojas. Tas negaidīti ir bijis litija jonu bateriju gadījumā-elektrisko transportlīdzekļu un dažādu pārnēsājamo elektronikas enerģijas avots-kur zinātnieki zināja, kāds ir mehānisms, wager nebija precīzi, kā tas darbojas.
Par laimi MIT zinātnieki ir atraduši atbildi. Par a Zinātne Pētnieki, kas publicēts 2. oktobrī, pētnieki apraksta modeli, kas parāda, kā savienotā jonu-elektronu pārnešana (Ciet)-process, kurā elektrons ar jonu pārvietojas uz elektrodu, šajā gadījumā litija jonu var izskaidrot litija jonu akumulatora dzīvības avotu. Ieskats varētu “vadīt jaudīgāku un ātrāku litija jonu bateriju dizainu”, sacīja pētnieki.
Molekulu kaskāde
Tipisks litija jonu akumulators darbojas, izmantojot ķīmisku mehānismu, ko sauc par interkalāciju. Būtībā akumulatora izlādes laikā litija joni, kas izšķīdināti elektrolītu šķīdumā, ievieto sevi cietā elektrodu iekšpusē. Kad joni “de-intercalate” un atgriežas pie elektrolīta, akumulatora uzlādes.
Interkalācijas ātrums regulē visu, sākot no akumulatora tīrā jaudas līdz tā uzlādes ātrumam – iemeslam, kāpēc pētnieki uzskatīja par obligātu labāku izpratni par pamatā esošajiem mehānismiem, skaidroja rakstā.
Iepriekš zinātnieki uzskatīja, ka litija starpkalāciju akumulatora elektrodā veicina modelis, kas apraksta, cik ātri litija joni varētu izkliedēties starp elektrolītu un elektrodu. Tomēr faktiskie eksperimenti nebija gluži saskaņoti ar to, ko šis modelis prognozēja, kas pētniekiem liek domāt, ka var būt arī cita iespēja.
Ceļojošs pāris
Jaunajam pētījumam pētnieki sagatavoja vairāk nekā 50 elektrolītu un elektrodu kombinācijas, lai vienreiz un uz visiem laikiem iztaisnotu lietas. Tāpat kā iepriekšējie eksperimenti, viņi atrada ievērojamas neatbilstības starp faktiskajiem datiem un modeli. Tā vietā komanda nāca klajā ar vairākām alternatīvām, kas varēja izskaidrot redzēto.
Visbeidzot, viņi izlēma par modeli, pamatojoties uz pieņēmumu, ka litija jons var ievadīt elektrodu tikai tad, ja tas pārvietojas ar elektroniem no elektrolīta šķīduma-sakabināts jonu un elektronu pārnese. Šī elektroķīmiskā savienošana pārī atvieglo interkalācijas rašanos, skaidroja pētnieki, un matemātika, kas atrodas aiz Ciet, labi atbilst datiem.
“Elektroķīmiskais solis nav litija ievietošana, kas, jūsuprāt, ir galvenā lieta, wager faktiski tā ir elektronu pārnešana, lai samazinātu cieto materiālu, kas rīko litiju,” Martins Bazants, MTS sacīja Martins Bazans MIT ziņasApvidū “Litijs ir savstarpēji savienots tajā pašā laikā, kad elektrons tiek pārvietots, un tie atvieglo viens otru.”
Ne tikai tas, wager arī pētnieki nejauši atklāja, ka elektrolītu sastāva pārslēgšana ietekmē interkalācijas ātrumu. Pēcpārbaudes varētu atklāt efektīvākus veidus, kā radīt stiprākas, ātrākas baterijas, viņi paskaidroja.
“Tas, ko mēs ceram, ir ļāvis šis darbs, ir panākt, lai reakcija būtu ātrāka un kontrolētāka, kas var paātrināt uzlādi un izlādi,” sacīja Bazants.
