自我提升完善的锂离子电池技术

在21世纪的清洁和绿色能源的研究需要一个更好,更高效的电池技术。实现这一目标的关键在于设计和制造的电池不是从上而下,从下往上开始在纳米尺度。二氧化钛(TiO2)电极,实际上可以提高自身的电化学性能,一队由阿贡国家实验室和芝加哥大学的研究人员已经采取了这样的做法来做研究。

实验者合成了二氧化钛纳米管组装成锂离子纽扣电池,然后骑自行车他们恒流之间0.8 V和2.0 V电极从细胞样本,然后利用X射线衍射(XRD)在GeoSoilEnvirioCARS 13-ID-D插入设备光束线和X-射线吸收光谱(XAS)在X射线科学部20-BM弯曲的磁铁光束线,无论是在美国能源部的能源在阿贡国家实验室的先进光子源。此外合成的TiO2纳米管,扫描电子显微镜成像和分子动力学模拟也进行了阿贡国家实验室纳米材料研究中心。所有这些技术提供了一个窗口,包容和去除离子的嵌入/脱嵌过程的TiO2纳米管内发生。锂半电池的阳极使用的无定形纳米级二氧化钛纳米管,研究人员指出第一次放电过程中一贯的线性电压下降,随后的“驼峰航线”在〜1.1 V与LI/LI+。这表明在碳纳米管材料的不可逆相变。

在随后的周期,锂离子可逆插层/解嵌成的TiO2纳米管的能力远远超过其他TiO2光催化剂的品种,如锐钛矿中观察到的。小组的结论,这是由于作为结果的相变发生的不同的结构或插层机理。相比锐钛矿相转化的TiO2纳米管的阳极显示,大大提高了锂离子的扩散,特别是在高循环率。二氧化钛纳米管的阳极都高得多的能源和更高的功率相比,其结构二氧化钛的表兄弟,显示在类似的实验中使用的快速循环能力的下降。  这个小公司将如何改变世界的秘密。/锂X射线衍射(XRD)和XAS研究,以及与计算模拟,显示的阳极结构发生变化后,骑自行车。以上〜1.1 V,没有变化,观察具有循环,但低于1.1 V,形成高度对称的,密集堆积的立方氧结晶结构,与Ti和Li八面体之间的随机分布。有趣的是,在这样一个完全有序的八面体系统的短距离秩序的类型,将有望显然不会在这种情况下,发展。然而,这并不影响热力学稳定性,和立方结构保持高度稳定和可逆的相变后。 Li +离子的嵌入/脱嵌似乎启动一个新的结构,允许甚至更好的Li +离子的插层。由于新的结构的所有层保留,即使在充电状态下,金属原子的立方相的材料将被保留。其他类型的二氧化钛结构中锂离子的扩散的分子动力学模拟表明,最有效的扩散和最低的的活化障碍(0.257 eV)的发生在无定形的立方Li2Ti2O4形式,相比其他TiO2光催化剂的品种,如再次,锐钛矿的无定形立方TiO2纳米管的阳极进行了测试与一个5-V尖晶石阴极(LiNi0.5Mn1.5O4的)在一个完整的单元配置。反复循环,使细胞显示的平均电压为2.8 V和提高能力。

TiO2纳米管的阳极是另一个明显的优势,因为它不存在容量衰减,避免了锂在石墨阳极,电极电镀过潜力,创造可能在其他类型的锂离子电池的安全隐患。通过创建一个纳米级的电极材料,可实际上秩序本身成为一个更有效率和更强大的电化学结构,因为它是经过反复充放电,研究小组伪造的设计和开发更高容量的一个新的途径,更高的功率,更安全的电池。智能手机的技术和电动车在我们的世界,这样一个提前的重要性,也难以被高估。

【 浏览次数: 】 【 加入时间:2012-12-11 11:26:04 】
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