В порыве, способном усовершенствовать хранение энергии везде, от портативной электроники до электрических микросетей, исследователи из Висконсинского университета в Мэдисоне и Брукхэйвенской национальной лаборатории разработали новую технологию рентгенной визуализации для изучения электрохимических реакций в литий-ионных перезаряжаемых батареях, содержащих новый тип материала под названием фторид железа.
«Фторид железа обладает потенциалом утроения количества энергии, которую способна аккумулировать обычная литий-ионная батарея», сообщил профессор химии Сон Чжин. „Однако нам еще только предстоит выявить ее истинный потенциал“. Аспирант Лин Сен Ли с профессором Чжином и другими сотрудниками провели эксперименты с использованием современной трансмиссионной рентгеновской микроскопии на национальном ускорителе для получения синхротронного излучения (National Synchrotron Light Source) в Брукхэйвене. Ученые собрали химические карты современных плоских круглых батареек, наполненных фторидом железа, во время использования, чтобы определить их эффективность. Результаты опубликованы в издании Nature Communications. «Ранее мы не могли понять, что происходит с фторидом железа (FeF3) во время работы батарейки, поскольку получению точной картины мешали другие компоненты», сообщил Ли. Учитывая фоновые сигналы, которые могли бы исказить картину, Ли удалось точно визуализировать и измерить в наномасштабе химические изменения, которым фторид железа подвергается для хранения и выпуска энергии. Использование фторида железа в перезаряжаемых литий-ионных батареях поставило перед учеными две проблемы. Первая заключается в том, что в текущей форме батареи плохо перезаряжаются. «Это как если бы ваш смартфон во время второй зарядки зарядился бы только наполовину, а в дальнейшем — еще меньше», заявил Ли. „Потребители же хотят видеть батарею, которая заряжается сотни раз в том же объеме, что и в самый первый раз“. Исследуя преобразование фторида железа в наномасштабе, Чжин и Ли с помощью нового метода визуализации точно определили каждую отдельную реакцию, чтобы понять, почему происходит сокращение емкости. «В ходе анализа данных мы сумели отследить электрохимические реакции с гораздо большей точностью, чем позволяли прежние методы, и установили, что фторид железа работает лучше, если имеет пористую микроструктуру», сообщил Ли. Вторая проблема заключается в том, что фторид энергии не высвобождает столько же энергии, сколько забирает, что снижает энергоэффективность. Текущее исследовании позволило глубже понять суть проблемы, и в будущих экспериментах Чжин и Ли намерены посвятить ей больше времени. Хотя значение исследования очевидно — более длительное использование портативной электроники до перезарядки — Чжин предполагает более широкий диапазон применения. «Если нам удастся увеличить эффективность перезарядки дешевого фторида железа в перезаряжаемых батарейках, то мы сможем разрабатывать более масштабные технологии хранения возобновимой энергии для электрических автомобилей и микросетей», сказал ученый. Чжин также верит, что инновационная технология рентгеновской визуализации облегчит исследование других технологически важных твердотельных преобразований и поможет усовершенствовать процессы, такие как производство неорганической керамики и тонкопленочных солнечных батарей. 21.04.2015 |
Энергия
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент | |
Не зря авиакомпании не разрешают сда... |
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии | |
Если вы являетесь Независимым системным о... |
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины | |
Исследователи EPFL использовали алгоритм генет... |
ChemM: Открыты новые материалы для безопасных и высокопроизводительных батарей | |
Полностью твердотельные литий-ионные батареи с... |
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма | |
Имплантируемые медицинские устройства &md... |
Новый реактор сэкономит миллионы при производстве пластиков и резины из газа | |
Новый способ получения важного ингредиента для... |
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода | |
Ученые преодолели ограничения долговечности би... |
P2P обмен энергией между домохозяйствами снижает зависимость от поставщиков | |
Наши энергетические системы быстро изменяются.... |
Ученые исследуют поглощение и потерю водорода из катодов Li-Ion аккумуляторов | |
Литий-ионные аккумуляторы являются одной из&nb... |
Ученые впервые увидели, как молекулы воды ведут себя у металлического электрода | |
Совместная группа экспериментальных и выч... |
Созданы стратегии ограничения саморазряда суперконденсаторов на основе углерода | |
Эффективное хранение чистой энергии &mdas... |
Ученые предложили собирать воду из воздуха с помощью солнечной энергии | |
В настоящее время более 2,2 миллиарда человек ... |
EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей | |
Цинк — дешевый, распространенный, э... |
ТПУ: Высокоэнтропийные сплавы позволят создать мембраны для очистки водорода | |
Ученые Томского политеха создали систему матем... |
Nature Physics: Открыта новая система управления хаотическим поведением света | |
Использование света и управление им ... |
Открыт потенциально более дешевый и холодный способ транспортировки водорода | |
В рамках усилий по отказу от ископае... |
Разработан новый метод создания стабильных и эффективных солнечных элементов | |
Солнечные материалы нового поколения дешевле и... |
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы | |
Согласно результатам нового исследования, пров... |
Новый катализатор может обеспечить жидкое водородное топливо будущего | |
Исследователи из Лундского университета, ... |
Перовскитовые ячейки — новое решение для повышения эффективности солнечных панелей | |
Солнечные элементы на основе перовскита, ... |
Новая анионообменная мембрана станет ключевым компонентом топливных элементов | |
Анионообменные мембранные топливные элементы п... |
Применение шарового размола улучшит характеристики литий-ионных аккумуляторов | |
Более дешевые и эффективные литий-ионные ... |
Кремний может стать альтернативой графитовым анодам в литий-ионных аккумуляторах | |
В новаторском обзоре, опубликованном в жу... |
Joule: Ученые успешно испытали тандем перовскита и кремния в солнечных батареях | |
Несмотря на то, что традиционные сол... |
Ученые разработали электролизное устройство для превращения CO2 в пропан | |
В недавно опубликованной в журнале Nature... |
E&ES: Новый электролит предотвращает возгорание и тепловой выброс в аккумуляторах | |
Йонг-Джин Ким и Джайеон Бэк из&... |
Исследователи разработали метод охлаждения водородной плазмы в термоядерных реакторах | |
Возможно, люди никогда не смогут приручит... |
Ученые нашли способ очистки воды с помощью солнечной энергии | |
Использование электрохимии для разделения... |
Батареи на основе алюминия могут стать прорывом в развитии электромобилей | |
Хорошая батарея должна обладать двумя качества... |
Появилась теоретическая возможность отказа от лития в пользу натрия в батареях | |
Литий становится новым золотом: стремительное ... |