Mejor, más rápido, más fuerte: Baterías del edificio que no van auge

Las baterías de ión de litio mantienen la promesa increíble para la memoria mejorada, pero son volátiles. Todos hemos oído las noticias sobre las baterías de ión de litio en teléfonos -- especialmente el Samsung Galaxy 7 -- hacer los teléfonos coger el fuego.

Mucho del problema se presenta del uso del electrólito del líquido inflamable dentro de la batería. Un acercamiento es utilizar un electrólito sólido inflamable así como un electrodo del metal del litio. Esto aumentaría la energía de la batería mientras que al mismo tiempo disminuía la posibilidad de un fuego.

Esencialmente, el destino está construyendo las baterías de estado sólido de la siguiente generación que no van auge. El viaje es entender fundamental el litio.

“Todos apenas está mirando los componentes del almacenamiento de energía de la batería,” dice a Erik Herberto, profesor adjunto de la ciencia material y el dirigir en la universidad tecnológica de Michigan. “Muy pocos grupos de investigación están interesados en la comprensión de los elementos mecánicos. Pero bajo y contemple, nosotros están descubriendo que las propiedades mecánicas del litio sí mismo pueden ser la pieza del rompecabezas dominante.”

Los investigadores de la tecnología de Michigan contribuyen perceptiblemente a ganar una comprensión fundamental del litio con los resultados publicados hoy en una serie invitada del tres-papel en el diario de Materials Research, publicado en común por la prensa de la sociedad y de la Universidad de Cambridge de Materials Research. Herberto y Stephen Caballo de alquiler, profesor de la ciencia material y de la ingeniería, junto con Thole violeta, un estudiante de tercer ciclo en la tecnología de Michigan, Nancy Dudney en el laboratorio nacional de Oak Ridge y Sudharshan Phani en el centro de investigación avanzado internacional para la metalurgia de polvo y los nuevos materiales, resultados de la parte que subrayan la significación del comportamiento mecánico del litio en controlar el funcionamiento y la seguridad de las baterías de la siguiente generación.

Como un hormigón dañino del ciclo hielo-deshielo, las dendritas del litio dañan las baterías

El litio es un metal extremadamente reactivo, que le hace mala conducta propensa. Pero es también muy bueno en almacenar energía. Queremos nuestros teléfonos (y los ordenadores, las tabletas y otros dispositivos electrónicos) para cargar lo más rápidamente posible, y los fabricantes de la batería hacen frente tan a presiones gemelas: Haga las baterías que cargan muy rápidamente, pasando una carga entre el cátodo y el ánodo tan rápido come sea posible, y haga las baterías confiables a pesar de la carga en varias ocasiones.

El litio es un metal muy suave, pero no se comporta como se esperaba durante el funcionamiento por batería. La presión de montaje que ocurre inextricablemente durante la carga y la descarga de resultados de una batería en fingeres microscópicos del litio llamó las dendritas para llenar defectos microscópicos preexistentes e inevitables -- surcos, poros y rasguños -- en el interfaz entre el ánodo del litio y el separador sólido del electrólito.

Durante el ciclo continuo, estas dendritas pueden forzar su manera en, y eventual a través, la capa sólida del electrólito que separa físicamente el ánodo y el cátodo. Una vez que una dendrita alcanza el cátodo, el dispositivo cortocircuita y falla, a menudo catastrófico. Focos de la investigación de Herberto y de Caballo de alquiler en cómo el litio atenúa la presión que se convierte naturalmente durante la carga y la descarga de una batería de estado sólido.

Sus documentos de trabajo que el comportamiento notable del litio en la longitud del submicron escala -- perforación abajo en las cualidades más pequeñas y discutible más desconcertantes del litio. Mellando las películas del litio con una punta de prueba diamante-inclinada para deformar el metal, los investigadores exploran cómo el metal reacciona a la presión. Sus resultados confirman el inesperado de alta resistencia del litio en las escalas de la pequeño-longitud divulgadas a principios de este año por los investigadores en la tecnología de la caloría.

Emplear de Herberto y de Caballo de alquiler esa investigación proporcionando la explicación inaugural, mecánica del litio asombrosamente de alta resistencia.

La capacidad del litio de difundir o de cambiar sus propios átomos o iones en un intento por aliviar la presión impuesta por la extremidad del penetrador, mostrada investigadores la importancia de la velocidad a la cual se deforma el litio (cuál se relaciona con cómo rápidamente las baterías se cargan y se descargan), así como los efectos de defectos y de desviaciones en el arreglo de las iones de litio que comprenden el ánodo.

Perforación abajo para entender el comportamiento del litio

En el artículo “Nanoindentation del vapor de gran pureza depositó las películas del litio: El módulo de elástico, los” investigadores mide las propiedades elásticos del litio para reflejar cambios en la orientación física de iones de litio. Estos resultados acentúan la necesidad de las propiedades elásticos orientación-dependientes del litio de incorporación en todo el trabajo futuro de la simulación. Herberto y Caballo de alquiler también proporcionan las pruebas experimentales que indican que el litio puede tener una capacidad aumentada de transformar energía mecánica en calor escala largamente menos de 500 nanómetros.

En el artículo que sigue, “Nanoindentation del vapor de gran pureza depositó las películas del litio: Una racionalización mecánica del litio del flujo,” del documento difusión-mediados de Herberto y de Caballo de alquiler notable de alta resistencia escala largamente menos de 500 nanómetros, y proporcionan su marco original, que apunta explicar cómo la capacidad del litio de manejar la presión es controlada por la difusión y la tarifa en las cuales se deforma el material.

Finalmente, en “Nanoindentation del vapor de gran pureza depositó las películas del litio: Una racionalización mecánica de la transición de la difusión al flujo dislocación-mediado,” los autores proporciona un modelo estadístico que explique las condiciones bajo las cuales el litio experimenta una transición precipitada que facilite más lejos su capacidad de aliviar la presión. También proporcionan un modelo que ligue directamente el comportamiento mecánico del litio al funcionamiento de la batería.

“Estamos intentando entender los mecanismos por los cuales el litio alivia las escalas de la presión largamente que son proporcionales con defectos diedros,” Herberto dice. La mejora de nuestra comprensión de este problema fundamental permitirá directamente el desarrollo de un interfaz estable que promueva funcionamiento de ciclo de la caja fuerte, del largo plazo y de la alta tasa.

Dice a Herberto: “Espero que nuestro trabajo tenga un impacto significativo en la toma de la gente de la dirección que intenta desarrollar los dispositivos de almacenamiento siguiente-GEN.”