AZoM会谈博士丹尼尔·亚伯拉罕对他的研究围绕锂离子电池和快速充电的挑战。
请,你能介绍你自己、你的背景和你如何开始研究你的专业锂电池吗?
我是一个高级材料阿贡国家实验室的科学家,政府研究实验室以外的芝加哥,伊利诺斯州,美国。我开始在阿贡工作很快完成我的博士学位,超过28年前!自2001年以来,我一直在研究锂离子电池。我们的团队进行导向研究开发材料和方法来提高性能,安全,和生活电池的各种实际应用。欧洲杯足球竞彩
随着关注电动车使用,关键是如何科学和社会更普遍的锂离子电池吗?欧洲杯线上买球
我们是否意识到,锂离子电池是在日常生活中无处不在。他们已经改变了手机和电脑行业,使设备更轻、更小。他们将重塑运输从fossil-powered内燃机汽车工业迁移到电池驱动的电动马达驱动的车辆。电池被用于存储能源产生的可再生能源,如太阳、风和潮汐。电动工具、医疗设备、smartwatche2020欧洲杯下注官网s、无人驾驶飞机和空间卫星——所有这些含有锂离子电池。
你能简要描述锂离子电池是如何运作的,石墨在功能中所起的作用?
锂离子电池包含四个基本组件:一个正电极(阴极),一个负电极(阳极),允许锂离子的电解质中它们之间流动,和一个分离器,电极分离,以防止短路。
大多数商业锂离子电池有lithium-containing nickel-cobalt-manganese氧化物粒子在阴极和阳极石墨粒子。欧洲杯猜球平台当你充电电池,目前从插座部队锂离子从阴极移动到阳极。这将出口的电能转化为化学能储存。当你拔掉电池,并开始使用它,负极的锂离子回流;存储的化学能转化成一连串的电子设备。
图片来源:丹尼尔亚伯拉罕,阿贡国家实验室
你的研究认为夹层的过程。你能详细描述这是什么和为什么它是重要的?
夹层是离子或分子的插入到固体材料具有分层结构;欧洲杯足球竞彩deintercalation是相反的,其中离子或分子从材料中提取结构。锂离子电池依赖可逆夹层和deintercalation流程。
充电时,锂离子deintercalated(提取)氧化物粒子在阴极和插入(插入)之间的碳层的石墨阳极。欧洲杯猜球平台反向放电期间发生。偶尔,夹层,锂离子参与化学反应,陷阱和固定他们,带他们出去:这失去手机锂离子电池性能和寿命降低。
这个过程是如何影响充电锂离子电池快?有其他进一步的负面影响由于快速充电吗?
在缓慢充电,锂离子逐渐之间插入表的石墨。然而,当电荷率增加,而不是插在石墨锂离子积累,坚持在粒子表面,甚至形成金属锂。欧洲杯猜球平台这金属锂反应与周围电解质,成为固定化在化合物块锂离子的平滑运动到电极。此外,通过锂离子电池的快速运动强调了石墨、扭曲和扭曲其原子结构和影响其接受锂离子的能力,从而降低电池的性能。
你能描述所使用的方法来研究锂阳极电镀及其影响?
我们使用的显微镜、能谱和衍射方法研究快速充电的效果。千分尺规模,我们用扫描电子显微镜和能量色散x射线光谱表明,阳极厚度增加,因为电极lithium-containing反应产品积累的毛孔。在原子尺度,我们使用高分辨率电子显微镜和扫描电子nanodiffraction揭示previously-layered原子结构的石墨变得越来越扭曲,因为重复的快速充电。
发生的负面影响,如何快速充电是避免或减轻吗?
我们正在研究几种方法实现快速充电,包括改变石墨粒子结构,使更快的设置和调整电极毛孔加快锂阳极扩散。额外的设计方法包括电解质锂离子电导率高,使用多孔分隔符,使快离子运动,和发展充电方法,防止损坏和氧化石墨的结构。
图片来源:buffaloboy / Shutterstock.com
电动汽车将变得越来越重要,我们尽量减少集体的碳足迹。多么重要你相信你的研究可以对改善电动汽车?
快速充电将缓解消费者担心加油时间,加快过渡到电动交通工具。然而,在收取高额利率会降低电池的性能,降低其范围,生活,和安全特性。我们的研究探讨了机制负责这个损失性能和建议解决方案的设计,电池可以忍受重复充电快而可靠地交付高性能电动汽车的寿命。
是有这个研究的一部分,尤其令人惊讶或有趣的吗?
我们惊讶地发现只有少数fast-charge周期足以引起重大的和永久的障碍在石墨领域,特别是在这些粒子接近电解质。欧洲杯猜球平台此外,我们注意到,这些结构性变化高度不均匀的粒子,这似乎是一个反应引起的异构性问题高效的循环的结果。欧洲杯猜球平台
这个主题的下一步是什么?你希望进行进一步研究锂离子电池,特别是快速充电效果?
我们正在检查的每一部分电池阴极,阳极、分离器和电解质——获得的见解,将导致设备的每个组件响应快速充电,并允许锂离子流动以最小的障碍和干扰。我们最近的研究表明,锂离子在电极浓度不均匀的分布在快速充电。我们现在的挑战是设计材料和电极,将存储最大费用尽可能均匀。欧洲杯足球竞彩这将提高电池性能和提高快速充电期间传递的里程。
读者在哪里可以找到更多的信息?
可以找到更多的信息对我们的研究在以下链接:
关于博士丹尼尔·亚伯拉罕
丹尼尔·p·亚伯拉罕博士(阿贡国家实验室)进行研究锂电池用于电动汽车、消费电子产品和网格能量储存。他在同行评议期刊撰写了180篇文章,发表在350年欧洲杯猜球平台流行的技术报告,学术和工业设置。他的研究领域包括快速充电时,在电极材料晶体结构的转换,硅电极的发展,固态电解质间期(SEI) /解散机制形成,电极压力演化,电极和粒子涂料、电解液添加剂,电化学模型。欧洲杯足球竞彩他的作品使材料和组件的开发,提高电池性能,生活,和安全。欧洲杯足球竞彩亚伯拉罕博士也研究顾问和导师各种本科生、研究生、博士后同事和青年科学家。他已经收到了优秀的博士后导师奖和教育的顶峰奖“杰出的工作在发展下一代的科学家和工程师”。
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