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Liquid-Mikroskopie-Technik offenbart neues Problem mit Lithium-Sauerstoff-Batterien
Aug 02, 2018

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Mit einer fortschrittlichen, neuen Mikroskopietechnik, die chemische Reaktionen in flüssiger Umgebung sichtbar machen kann, haben Forscher einen neuen Grund entdeckt Lithium-Sauerstoff-Batterien - die bis zu fünf Mal mehr Energie versprechen als die Lithium-Ionen-Batterien, die Elektrofahrzeuge und Mobiltelefone antreiben. neigen dazu, nach nur wenigen Lade- / Entladezyklen zu verlangsamen und zu sterben. Sie berichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Nano Energy .

 

"Was wir zum ersten Mal sehen konnten, ist, dass sich Lithiumperoxid im flüssigen Elektrolyten von Lithium-Sauerstoff-Batterien entwickelt und zur Verlangsamung und zum endgültigen Tod dieser Batterien beiträgt", sagte Reza Shahbazian-Yassar, außerordentlicher Professor von Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen an der Universität von Illinois am Chicago College of Engineering und Hauptautor des Papiers. "Dies ist ein neu entdeckter Grund, warum diese vielversprechenden Batterien nach relativ wenigen Lade- / Entladezyklen einen so starken Abfall der Effizienz und Ausbeute aufweisen."

 

Lithium-Sauerstoff-Batterien sind für Batterieforscher seit Jahren wegen ihrer potentiell hohen Energiedichte verlockend. Aber sie neigen dazu, langsamer zu werden und aufhören, im Vergleich zu anderen Batterien relativ schnell zu arbeiten. Einer der Gründe für diesen Leistungsverlust ist, dass ein Nebenprodukt der chemischen Reaktionen, die innerhalb der Batterie stattfinden - Lithiumperoxid -, sich auf den Elektroden der Batterie aufbaut. Die beschichteten Elektroden können nicht mehr effizient arbeiten und chemische Reaktionen, die Energie erzeugen, stoppen letztendlich.

 

Aber jetzt haben Shahbazian-Yassar und seine Kollegen mit einer neuen Transmissionselektronenmikroskopie-Technik, die von den UIC-Ingenieursstudenten Kun He und Yifei Yuan entwickelt wurde, auf der Nanometerebene demonstriert, dass sich Lithiumperoxid auch in der flüssigen Elektrolytkomponente der Batterie weiter abbaut chemische Reaktionen .

 

"Zu wissen, dass sich Lithiumperoxid im Elektrolyten selbst ansammelt, ist ein sehr wichtiger Befund", sagte Shahbazian-Yassar. "Jetzt können wir mit Ideen und Entwürfen beginnen, die entweder verhindern, dass dies geschieht, oder etwas tun, um die korrekte Funktionsweise des Elektrolyten zu erhalten, damit die Batterie nicht beeinträchtigt wird, und wir können die neue Flüssigkeitsmikroskopie verwenden um zu sehen, ob wir uns in die richtige Richtung bewegen. "

 

Bislang existierten Lithium-Sauerstoff-Batterien nur als Prototypen im Labor. Noch in weiter Ferne seien massenproduzierte Lithium-Sauerstoff-Batterien für den öffentlichen oder kommerziellen Einsatz, sagte Shahbazian-Yassar. "Es gibt viele Probleme, die mit Lithium-Luft-Batterien überwunden werden müssen, bevor sie in den Mainstream-Bereich gelangen können. Aber genau zu wissen, was die Probleme sind, ist ein großer erster Schritt auf dem Weg zur Kommerzialisierung dieser Batterien mit extrem hoher Energiedichte."