이전에는 볼 수 없었던 프로세스를 통해 충전식 배터리 성능을 개선할 수 있는 경로를 밝힙니다.

[아름이]

이전에는 볼 수 없었던 프로세스를 통해 충전식 배터리 성능을 개선할 수 있는 경로를 밝힙니다.
날짜:
2022년 11월 10일
원천:
University of Illinois at Urbana-Champaign, 뉴스 뷰로
요약:
더 나은 충전식 이온 배터리를 설계하기 위해 엔지니어와 화학자는 협력하여 강력하고 새로운 전자 현미경 기술과 데이터 마이닝을 결합하여 이온 배터리 내에서 화학적 및 물리적 변경 영역을 시각적으로 정확히 찾아냈습니다.

더 나은 충전식 이온 배터리를 설계하기 위해 University of Illinois Urbana-Champaign의 엔지니어와 화학자들은 협력하여 강력하고 새로운 전자 현미경 기술과 데이터 마이닝을 결합하여 이온 배터리 내에서 화학적 및 물리적 변경 영역을 시각적으로 찾아냈습니다.

재료 과학 및 공학 교수인 Qian Chen과 Jian-Min Zuo가 주도한 연구는 현재의 X선 및 광학 방법보다 해상도가 10배 이상 증가한 나노 스케일에서 충전식 이온 배터리 내부의 변경된 도메인을 처음으로 매핑합니다. .

연구 결과는 Nature Materials 저널에 발표되었습니다 .

연구팀은 배터리 재료의 작동 및 고장 메커니즘을 이해하기 위한 이전의 노력은 주로 재충전 주기의 화학적 영향, 즉 배터리 전극의 화학적 조성 변화에 초점을 맞추었다고 말했습니다.

4차원 스캐닝 투과 전자 현미경이라고 하는 새로운 전자 현미경 기술을 통해 팀은 고도로 집중된 프로브를 사용하여 배터리 내부 작동의 이미지를 수집할 수 있습니다.

"충전식 이온 배터리의 작동 중에 이온이 전극 안팎으로 확산되어 기계적 변형을 일으키고 때로는 균열 오류가 발생합니다."라고 박사후 연구원이자 제1 저자인 Wenxiang Chen이 말했습니다. "새로운 전자 현미경 방법을 사용하여 우리는 처음으로 배터리 재료 내부의 변형으로 인한 나노 스케일 도메인을 포착할 수 있습니다."

Qian Chen은 이러한 유형의 미세 구조 이질성 변환이 세라믹 및 금속 공학에서 광범위하게 연구되었지만 이 연구까지 에너지 저장 재료에 사용되지 않았다고 말했습니다.

Zuo는 "4D-STEM 방법은 다른 방법으로는 접근할 수 없는 물질 내부의 결정도 및 도메인 방향의 변화를 매핑하는 데 중요합니다."라고 말했습니다.

팀은 4D-STEM 관찰을 기계 과학 및 공학 교수인 Elif Ertekin이 이끄는 전산 모델링과 비교하여 이러한 변화를 발견했습니다.

"결합된 데이터 마이닝과 4D-STEM 데이터는 변형된 나노스케일 도메인이 발달함에 따라 배터리 내부에서 핵 형성, 성장 및 유착 프로세스의 패턴을 보여줍니다."라고 Qian Chen은 말했습니다. "이러한 패턴은 재료 과학 및 공학 교수이자 연구 공동 저자인 Daniel Shoemaker가 수집한 X선 회절 데이터를 사용하여 추가로 검증되었습니다."

Qian Chen은 그녀의 연구실이 잘 알려진 이 과정에 대한 영화를 만들어 이 연구를 더욱 발전시킬 계획입니다.

"이 연구의 영향은 여기에서 연구된 다가 이온 배터리 시스템을 넘어설 수 있습니다. "개념, 원리 및 가능한 특성화 프레임워크는 다양한 리튬 이온 및 리튬 이온 이후 배터리와 연료 전지, 시냅스 트랜지스터 및 전기 변색을 포함한 기타 전기 화학 시스템의 전극에 적용됩니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/