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更好的电池成像对可再生能源的未来铺平道路

A chemical phase map shows electrochemical discharge from iron fluoride microwires

化学相位图表示如何氟化铁微丝的电化学放电从0%的排出(左)进行,以50%(中),到95%以上。 照片:林森LI /斤组

在可能提高了从便携式电子设备到电动微电网,威斯康辛麦迪逊大学和Brookhaven国家实验室的研究人员的能量存储的举动已经开发出一种新颖的x射线成像技术来可视化和研究锂离子二次电池的电化学反应含一种新型材料,氟化铁。

“氟化铁具有三倍能量以往的锂离子电池可存储的量的电位,说:” 宋金,化学188bet体育官网教授, 威斯康星能源研究所 子公司。 “不过,我们还没有挖掘其真正的潜力。”

 
  教授宋金 林森李

研究生 林森李 与金及其他协作者的工作与在布鲁克海文国家同步加速器光源的状态的最先进的透射X射线显微镜进行实验。在那里,他们收集的电池循环过程中,从充满了铁氟实际纽扣电池的化学地图,以确定他们的表现如何。结果今天发表在杂志 自然通讯.

“在过去,我们无法真正明白发生了什么时电池反应的铁氟化物,因为其他电池组件是在得到一个精确的图像的方式获得,”李说。

通过考虑否则将混淆该图像的背景信号,李能够准确可视化和测量,在纳米级,化学改变氟化铁经历来存储和释放能量。

迄今为止,使用氟化铁在可再充电的锂离子电池已提出科学家两个挑战。第一个是,它并不以目前的形式补给非常好。

“这就像你的智能手机仅在第一次充电一半之多,此后就更少了,”李说。 “消费者宁愿通过数以百计的指控,始终给电池充电。”

通过在纳米级,斤检查氟化铁转化在电池和锂的新的x射线成像方法精确定位每个单独的反应理解为什么容量衰减可能发生。

“在分析该级别的X射线数据,我们能够用比以前的方法更准确度跟踪的电化学反应,并测定当其具有多孔微结构氟化铁执行得更好,说:”里。

第二个挑战是,因为它们采取氟化铁电池材料不放电尽可能多的能量,从而降低能量效率。目前的研究中取得了一些初步的见解这个问题,金,李的计划,以解决未来的实验这一挑战。

“如果我们能够最大限度地发挥这些低成本和丰富的氟化物铁锂离子电池材料的循环性能和效率,我们可以推动大规模可再生能源储存技术为电动车和微型电网,”他说。

这项研究的一些影响是显而易见的状充电,但是进也预见了更大,范围更广的应用程序之前使用更长的便携式电子设备。

斤也认为新颖的x射线成像技术将促进其它技术上重要的固态转换的研究和有助于改善过程,如制备无机陶瓷和薄膜太阳能电池。

该实验由美国与宇晨陈继红-wiegart,汪峰,郡王和他们的同事在光束线x8c,国家同步辐射光源的帮助下,布鲁克海文国家实验室进行,并支持能源基础能源科学,并从威斯康星州能源研究所种子批的部门。电池材料在晋的实验室合成是由材料研究的美国国家科学基金会支持的分裂。 

马克·格里芬,威斯康星能源研究所