더 나은 고성능 배터리 설계를 위해 개발된 새로운 현미경

[아름이]

더 나은 고성능 배터리 설계를 위해 개발된 새로운 현미경
혁신을 통해 연구자들은 배터리 작동 방식을 자세히 볼 수 있습니다.
날짜:
2023년 2월 9일
원천:
휴스턴대학교
요약:
한 연구팀이 배터리 작동 방식을 더 잘 이해할 수 있는 피연산 반사 간섭 현미경(RIM)을 개발했으며, 이는 차세대 배터리에 중요한 영향을 미칩니다.

전체 이야기
리튬 이온 배터리는 일상 생활을 변화시켰습니다. 거의 모든 사람이 스마트폰을 가지고 있고, 도로에서 더 많은 전기 자동차를 볼 수 있으며, 비상 시에도 발전기를 계속 가동할 수 있습니다. 더 많은 휴대용 전자 장치, 전기 자동차 및 대규모 그리드 구현이 온라인화됨에 따라 안전하고 저렴한 더 높은 에너지 밀도 배터리에 대한 수요가 계속 증가하고 있습니다.

이제 휴스턴 대학교 연구팀은 태평양 북서부 국립 연구소 및 미 육군 연구소의 연구원들과 협력하여 배터리 작동 방식을 더 잘 이해할 수 있는 오퍼란도 반사 간섭 현미경(RIM)을 개발했습니다. 차세대 배터리를 위한

"우리는 처음으로 고체 전해질 계면(SEI) 역학의 실시간 시각화를 달성했습니다. 나노기술 . "이것은 미래 배터리용 전해질 개발에 가장 이해하기 어렵고 가장 도전적인 장벽인 배터리 구성 요소인 계면의 합리적인 설계에 대한 핵심 통찰력을 제공합니다."

고감도 현미경을 통해 연구원들은 배터리 성능을 결정하는 배터리 전극 표면의 매우 얇고 깨지기 쉬운 층인 SEI 층을 연구할 수 있습니다. 그것의 화학적 조성과 형태는 지속적으로 변화하고 있어 연구하기가 어렵습니다.

Hugh Roy와 Lillie Cranz는 "SEI의 형성과 진화를 이해하려면 역동적이고 비침습적이며 고감도 조작 영상 도구가 필요합니다. SEI를 직접 조사할 수 있는 이러한 기술은 드물고 매우 바람직했습니다"라고 말했습니다. 지난 4년 동안 이 프로젝트에서 Shan과 함께 일한 전기 및 컴퓨터 공학과의 Cullen 저명한 교수이자 공동 교신 저자입니다.

"우리는 이제 RIM이 SEI 레이어의 작동 메커니즘에 대한 중요한 통찰력을 제공하고 더 나은 고성능 배터리를 설계하는 데 도움이 되는 최초의 종류임을 입증했습니다."라고 텍사스 초전도 센터의 수석 연구원이기도 한 Yao는 말했습니다. 휴스턴 대학교에서.

작동 방식

연구팀은 이번 프로젝트에 간섭반사현미경 원리를 적용해 600나노미터를 중심으로 스펙트럼 폭이 약 10나노미터인 빛을 전극과 SEI층으로 향하게 하고 반사시켰다. 수집된 광 강도에는 서로 다른 층 사이의 간섭 신호가 포함되어 있어 SEI의 진화 과정에 대한 중요한 정보를 전달하고 연구원이 전체 반응 과정을 관찰할 수 있습니다.

"RIM은 표면 변화에 매우 민감하여 대규모의 높은 공간적 및 시간적 해상도로 동일한 위치를 모니터링할 수 있습니다."라고 프로젝트에서 많은 실험 작업을 수행한 UH 대학원생 Guangxia Feng이 말했습니다.

연구원들은 현재 대부분의 배터리 연구원들이 특정 시간에 한 장의 사진만 찍고 같은 위치에서 변화를 지속적으로 추적할 수 없는 극저온 전자 현미경을 사용하고 있다는 점에 주목합니다.

"저는 에너지 전환 과정에서 반응 메커니즘을 이해하기 위한 새로운 정보를 제공하는 새로운 특성화 및 이미징 방법을 채택하고 개발함으로써 다른 각도에서 에너지 연구에 접근하고 싶었습니다. 에너지 저장 및 변환에서의 반응. 이 새로운 이미징 기술은 다른 최첨단 에너지 저장 시스템에도 적용될 수 있습니다.

박사 학위를 취득한 Feng. 2022년 UH에서 전기공학 박사로 성장하는 배터리 기술 분야에 대한 추가 연구를 추진할 계획입니다.

그녀는 “차세대 전지를 구현하기 위해서는 반응 메커니즘과 신소재를 이해하는 것이 필수적”이라며, 더 높은 에너지 전지를 개발하는 것도 환경에 이롭다고 덧붙였다. "저는 항상 과학자가 되고 싶었습니다. 사람들을 위해 위대한 일이 일어나게 하고 세상을 더 나은 방향으로 변화시킬 수 있기 때문입니다."

전해질 설계 전문가인 Pacific Northwest National Lab의 Wu Xu는 프로젝트 설계를 도왔고 사용할 전해질에 대한 중요한 통찰력을 제공했습니다. 육군 연구소의 SEI 연구 전문가인 Kang Xu는 관찰된 현상을 이해하는 데 도움이 되는 중요한 통찰력을 제공했습니다. 둘 다 논문의 공동 교신저자입니다.

Feng과 또 다른 UH 공학 학생 Yaping Shi는 PNNL의 Hao Jia와 함께 이 연구의 주요 저자입니다. 다른 기여자는 UH의 Xu Yan, Yanliang Liang, Chaojie Yang 및 Ye Zhang입니다. PNNL의 마크 엥겔하드.

출처 : https://www.sciencedaily.com/