• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Mot ett bättre batteri:Forskare avslöjar källan till nedbrytning i natriumbatterier

    En illustration visar väteinducerad nedbrytning av ett natriumjonbatteri:(1) När väte är närvarande (inringat i svart), (2) en Mn -atom (lila) kan flytta från MnO2 -lagret till Na -lagret (gul); (3) Mn kan sedan röra sig inom Na -lagret, och kommer att gå vilse. Upphovsman:Hartwin Peelaers

    Batterier driver våra liv:vi litar på dem för att hålla våra mobiltelefoner och bärbara datorer surrande och våra hybrid- och elbilar på vägen. Men ständigt ökande användning av de mest använda litiumjonbatterierna kan faktiskt leda till ökade kostnader och potentiella brister i litium-varför natriumjonbatterier forskas intensivt som en möjlig ersättning. De presterar bra, och natrium, en alkalimetall som är nära besläktad med litium, är billig och riklig.

    Utmaningen? Natriumjonbatterier har kortare livslängd än sina litiumbaserade syskon.

    Nu, UC Santa Barbara -beräkningsmaterialforskaren Chris Van de Walle och kollegor har avslöjat en orsak till denna kapacitetsförlust i natriumbatterier:den oavsiktliga närvaron av väte, vilket leder till nedbrytning av batterielektroden. Van de Walle och medförfattare Zhen Zhu och Hartwin Peelaers publicerade sina fynd i tidskriften Materialkemi .

    "Väte är vanligt närvarande under tillverkningen av katodmaterialet, eller det kan införlivas från miljön eller från elektrolyten, "sa Zhu, som nu är på Google. "Väte är känt för att starkt påverka egenskaperna hos elektroniska material, så vi var nyfikna på dess effekt på NaMnO 2 (natriummangandioxid), ett vanligt katodmaterial för natriumjonbatterier. "För att studera detta, forskarna använde beräkningstekniker som kan förutsäga de strukturella och kemiska effekter som uppstår vid förekomst av föroreningar.

    Professor Peelaers, nu vid University of Kansas, beskrev de viktigaste resultaten:"Vi insåg snabbt att väte mycket lätt kan tränga igenom materialet, och att dess närvaro gör att manganatomerna kan lossna från manganoxidstommen som håller ihop materialet. Denna avlägsnande av mangan är irreversibel och leder till minskad kapacitet och, i sista hand, försämring av batteriet. "

    Studierna utfördes i Van De Walles Computational Materials Group vid UC Santa Barbara.

    "Tidigare forskning har visat att förlust av mangan kan ske vid gränssnittet med elektrolyten eller kan förknippas med en fasövergång, men det identifierade inte riktigt en utlösare, "Van de Walle sa." Våra nya resultat visar att förlusten av mangan kan förekomma var som helst i materialet, om väte är närvarande. Eftersom väteatomer är så små och reaktiva, väte är en vanlig förorening i material. Nu när dess skadliga inverkan har flaggats, åtgärder kan vidtas under tillverkning och inkapsling av batterierna för att undertrycka införlivande av väte, vilket borde leda till bättre prestanda. "

    Faktiskt, forskarna misstänker att även de allestädes närvarande litiumjonbatterierna kan drabbas av de dåliga effekterna av oavsiktlig väteinkorporering. Oavsett om detta orsakar färre problem eftersom tillverkningsmetoder är ytterligare avancerade i detta mogna materialsystem, eller för att det finns en grundläggande anledning till att litiumbatterierna är mer motståndskraftiga mot väte är inte klart för närvarande, och kommer att vara ett område för framtida forskning.


    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com