Nuacht Tionscail

Nochtann Breathnóireachtaí Nua Oibríochtaí Istigh Cadhnraí Litiam-ian

2021-06-16
TOPICS:
Teicneolaíocht Ceallraí, Litiam-ian, Eolaíocht Ábhar, Nana-ábhair, Cadhnraí Li-ian
Le DAVID L. CHANDLER, INSTITIÚID TEICNEOLAÍOCHTA MASSACHUSETTS MEITHEAMH 9, 2014



Léiríonn an léaráid an próiseas chun an leictreoid fosfáit iarainn litiam (LFP) a mhuirearú nó a urscaoileadh. De réir mar a bhaintear iain litiam le linn an phróisis luchtaithe, cruthaíonn sé crios fosfáit iarainn ídithe litiam (FP), ach eatarthu tá crios tuaslagáin sholadaigh (SSZ, a thaispeántar i gorm dorcha glas) ina bhfuil roinnt adamh litiam a dháiltear go randamach, murab ionann agus sraith ordúil na n-adamh litiam san ábhar criostalach bunaidh (gorm éadrom). Soláthraíonn an obair seo na chéad bhreathnuithe díreacha ar an bhfeiniméan SSZ seo.

Taispeánann taighdeoirí MIT oibriú inmheánach ceallraí litiam-ian, ag nochtadh an tionchar a bhíonn ag tuaslagán soladach randamach ar ghluaiseacht ian trí ábhar ceallraí.

Léirigh breathnuithe nua ó thaighdeoirí ag MIT na hoibríochtaí istigh de chineál leictreoid a úsáidtear go forleathan i gcadhnraí litiam-ian. Míníonn na torthaí nua ardchumhacht gan choinne agus saolré fada cadhnraí den sórt sin, a deir na taighdeoirí.

Tá na torthaí le feiceáil i bpáipéar san iris Nano Letters arna chomhúdar ag MIT postdoc Jun Jie Niu, eolaí taighde Akihiro Kushima, Ollúna Yet-Ming Chiang agus Ju Li, agus triúr eile.

Meastar gur ábhar an-geallta é an t-ábhar leictreoid a ndearnadh staidéar air, fosfáit iarainn litiam (LiFePO4) do chadhnraí in-athluchtaithe litiam-bhunaithe; léiríodh cheana é in iarratais ó uirlisí cumhachta go feithiclí leictreacha go stóráil eangaí ar mhórscála. Fuair ​​taighdeoirí MIT, laistigh den leictreoid seo, le linn luchtaithe, go gcruthaíonn crios tuaslagáin sholadaigh (SSZ) ag an teorainn idir limistéir ídithe litiam-saibhir agus litiam - an réigiún ina bhfuil gníomhaíocht luchtaithe tiubhaithe, de réir mar a tharraingítear iain litiam amach den leictreoid.

Deir Li gur tuaradh go teoiriciúil go mbeadh an SSZ seo - ach feicimid go díreach den chéad uair é, â € i bhfíseáin micreascóp leictreon tarchuir (TEM) a tógadh le linn luchtaithe.

Cuidíonn na breathnuithe le bhfreagra fadbhunaithe a réiteach faoi LiFePO4: I bhfoirm mórchriostail, tá seoltacht ianach agus leictreach an-lag ag fosfáit iarainn litiam agus fosfáit iarainn (FePO4, a fhágtar ar lár de réir mar a théann iain litiam ar imirce as an ábhar le linn luchtaithe). Ach nuair a dhéileáiltear leis le dópáil agus sciath carbóin - agus a úsáidtear mar nanacháithníní i gceallraí, taispeántar ráta luchtaithe an-ard san ábhar. “Chuir sé iontas mór orm nuair a léiríodh an [ráta tapa muirir agus urscaoilte] seo ar dtús,” a deir Li.

“Thugamar faoi deara go díreach réiteach soladach randamach metastable a d’fhéadfadh an fhadhb bhunúsach seo a réiteach a chuir isteach ar [eolaithe ábhair] le blianta fada, â € arsa Li, Ollamh le hEolaíocht Núicléach agus Innealtóireacht Battelle agus ollamh le heolaíocht ábhair agus innealtóireacht.

Is stát 'in-intuaslagtha' é an SSZ, a mhaireann ar feadh cúpla nóiméad ar a laghad ag teocht an tseomra. In ionad comhéadan géar idir LiFePO4 agus FePO4 a léiríodh go bhfuil go leor lochtanna líne breise ann ar a dtugtar “deighiltí”, feidhmíonn an SSZ mar mhaolán, ag laghdú líon na dislocations a bhogfadh ar shlí eile leis an imoibriú leictriceimiceach. “Ní fheicimid aon dislocations,” a deir Li. D’fhéadfadh sé seo a bheith tábhachtach mar go bhféadfadh giniúint agus stóráil dislocations a bheith ina chúis le tuirse agus saolré leictreoid a theorannú.

Murab ionann agus gnáthíomhánna TEM, is féidir an teicníc a úsáidtear san obair seo, a d’fhorbair Kushima agus Li in 2010, comhpháirteanna ceallraí a urramú agus iad ag muirearú agus ag urscaoileadh, rud a d’fhéadfadh próisis dhinimiciúla a nochtadh. “Le ceithre bliana anuas, bhí pléascadh mór ann maidir le teicnící TEM in situ den sórt sin a úsáid chun staidéar a dhéanamh ar oibríochtaí ceallraí,” a deir Li.

D’fhéadfadh tuiscint níos fearr ar na próisis dhinimiciúla seo feidhmíocht ábhair leictreoid a fheabhsú trí thiúnadh níos fearr a dhéanamh ar a airíonna, a deir Li.

In ainneoin tuiscint neamhiomlán go dtí seo, úsáidtear nanacháithníní fosfáit iarainn litiam ar scála tionsclaíoch do chadhnraí litiam-ian, a mhíníonn Li. “Tá an eolaíocht ar gcúl maidir leis an bhfeidhmchlár,” a deir sé. â € œTá sé scálaithe cheana féin agus rathúil go maith ar an margadh. Tá sé ar cheann de na scéalta rathúla a bhaineann le nanaitheicneolaíocht. ”

“I gcomórtas le hiain litiam traidisiúnta, tá [fosfáit iarainn litiam] neamhdhíobhálach don chomhshaol agus an-chobhsaí,” a deir Niu. “Ach tá sé tábhachtach go dtuigfí go maith an t-ábhar seo.”

Cé gur aimsíodh an SSZ i LiFePO4, deir Li, “Féadfaidh an prionsabal céanna a bheith i bhfeidhm ar ábhair leictreoid eile. Tá daoine ag lorg ábhair leictreoid ardchumhachta, agus d’fhéadfadh stáit metastable den sórt sin a bheith ann in ábhair leictreoid eile atá támh i bhfoirm mórchóir. â € ¦ D’fhéadfadh an feiniméan a aimsíodh a bheith an-ghinearálta, agus gan a bheith sainiúil don ábhar seo. ”

Glaonn Chongmin Wang, eolaí taighde i Saotharlann Náisiúnta an Aigéin Chiúin Thiar Thuaidh nach raibh baint aige leis an taighde seo, an páipéar seo le 'obair chreata'.

“Moladh samhlacha ginearálta bunaithe ar obair theoiriciúil agus thurgnamhach,” a deir Wang. “Cibé ar bith, is cosúil nach bhfuil aon cheann acu dochloíte.â €

Soláthraíonn an taighde nua seo, a deir sé, â € œ soláthraíonn sé fianaise áititheach agus dhíreachâ € ar an meicníocht ag an obair: “Is céim mhór chun tosaigh í an obair chun na débhríochtaí a bhrú i dtreo samhail réitigh sholadaigh a thapú.”

Thacaigh an Foras Náisiúnta Eolaíochta leis an taighde.

Foilsiú: Junjie Niu, et al., “Breathnóireacht Situ ar Chrios Réitigh Soladaigh Randamaigh i Leictreoid LiFePO4, â € Nano Letters, 2014; DOI: 10.1021 / nl501415b
Íomhá: Junjie Niu, et al., Litreacha Nano, 2014; DOI: 10.1021 / nl501415b