13 ИЮН, 12:41 МСК
USD (ЦБ)    88.9944
EUR (ЦБ)    95.6367


Ученые изучают рентгеновские снимки аккумуляторов электромобилей по мере их износа

6 Апреля 2022 9899 0 Наука и технологии
Ученые изучают рентгеновские снимки аккумуляторов электромобилей по мере их износа

Канадский исследователь источников света (CLS) Тоби Бонд использует рентгеновские лучи для разработки мощных аккумуляторов для электромобилей с более длительным сроком службы. Его исследование показывает, как циклы заряда/разряда аккумуляторов вызывают физические повреждения, что в конечном итоге приводит к уменьшению запаса энергии. Эта новая работа указывает на связь между трещинами, образующимися в материале батареи, и истощением жизненно важных жидкостей, несущих заряд.

Бонд использует оборудование BMIT в Канадском источнике света в Университете Саскачевана для получения подробных компьютерных томографов внутренней части батарей. Работая с доктором Джеффом Даном в Университете Далхаузи, он специализируется на батареях для электромобилей, где императив исследования состоит в том, чтобы упаковать как можно больше энергии в легкое устройство.

«Большой недостаток упаковки большего количества энергии заключается в том, что, как правило, чем больше энергии вы накапливаете, тем быстрее разряжается батарея», — говорит Бонд.

В литий-ионных батареях это связано с тем, что зарядка физически сталкивает ионы лития между другими атомами в материале электрода, раздвигая их. Добавление большего заряда вызывает больший рост материалов, которые снова сжимаются, когда ионы лития уходят. В течение многих циклов этого роста и сжатия в материале начинают образовываться микротрещины, постепенно снижая его способность удерживать заряд.

«Это может в конечном итоге привести к тому, что материалы в батарее разрушатся изнутри наружу. Если ситуация станет достаточно серьезной, это может привести к тому, что части батареи начнут отслаиваться внутри», — говорит Бонд. «И если это вызовет крупномасштабный ущерб внутри батареи, это также может стать проблемой безопасности».

Изучение этой проблемы и того, насколько эффективны покрытия и другие методы исправления, уже давно имеет важное значение в этой области. Традиционно трещины, образующиеся в батарее, изучают, разбирая батарею и рассматривая отдельные частицы под электронным микроскопом. Это разрушает батарею, поэтому исследователи не могут сохранить более крупную структуру и посмотреть, какие другие последствия это растрескивание может иметь для остальной части батареи.

По словам Бонда, используя рентгеновские изображения в CLS, исследователи могут изучать эти эффекты в контексте и видеть, как растрескивание вызывает изменения в остальной части батареи. В ходе этого исследования исследователи обнаружили, что по мере того, как микротрещины в батарее усиливались, жидкости в ячейке всасывались в дополнительное пространство между трещинами, из-за чего жидкости могло не хватить.

«Это первый случай, когда кому-либо удалось зафиксировать все эти эффекты одновременно в работающей батарее», — говорит Бонд. «Это истощение жидкого электролита может вызвать серьезные проблемы, поскольку любая часть батареи, которая не получает достаточного количества жидкости, по сути, перестанет работать».

В этом исследовании Бонд и его коллеги изучили батареи, которые непрерывно заряжались и разряжались до разного уровня в течение многих лет, а также идентичные в остальном батареи, которые вообще не использовались. Трехмерные рентгеновские снимки, которые они получили с помощью яркого сфокусированного света BMIT, позволили им точно увидеть, как различные материалы были затронуты использованием, как в микроскопическом масштабе, так и во всей батарее.

Практический вывод. Команда обнаружила, что небольшая разрядка батареи вызвала меньший износ, чем полная разрядка батареи. Вероятно, это связано с тем, что меньшее изменение заряда вызывает меньшую физическую нагрузку на материалы электродов батареи с течением времени. Этот эффект важно понимать для новых приложений, таких как дальнемагистральный транспорт, электрические самолеты и использование припаркованных электромобилей для хранения и доставки энергии в электрическую сеть. Эти сценарии часто требуют использования большего количества полной емкости аккумулятора перед перезарядкой, пишет phys.org.

«Поскольку мы начинаем заменять все больше и больше автомобилей с двигателями внутреннего сгорания электромобилями, очень важно понимать, как батареи будут вести себя в различных условиях», — говорит Бонд. «Работать над этими проблемами очень увлекательно, и нам действительно нужны такие инструменты, как синхротроны, чтобы понять мельчайшие детали того, что происходит внутри батареи, когда мы опробуем новые подходы».

Редакция

Написать комментарий

правила комментирования
  1. Не оскорблять участников общения в любой форме. Участники должны соблюдать уважительную форму общения.
  2. Не использовать в комментарии нецензурную брань или эвфемизмы, обсценную лексику и фразеологию, включая завуалированный мат, а также любое их цитирование.
  3. Не публиковать рекламные сообщения и спам; сообщения коммерческого характера; ссылки на сторонние ресурсы в рекламных целях. В ином случае комментарий может быть допущен в редакции без ссылок по тексту либо удален.
  4. Не использовать комментарии как почтовую доску объявлений для сообщений приватного характера, адресованного конкретному участнику.
  5. Не проявлять расовую, национальную и религиозную неприязнь и ненависть, в т.ч. и презрительное проявление неуважения и ненависти к любым национальным языкам, включая русский; запрещается пропагандировать терроризм, экстремизм, фашизм, наркотики и прочие темы, несовместимые с общепринятыми законами, нормами морали и приличия.
  6. Не использовать в комментарии язык, отличный от литературного русского.
  7. Не злоупотреблять использованием СПЛОШНЫХ ЗАГЛАВНЫХ букв (использованием Caps Lock).
Отправить комментарий


Капитал страны
Нашли ошибку на сайте? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter
Отметьте самые значимые события 2021 года:
close
check_box check_box_outline_blank Демонстратор будущего двигателя для многоразовой ракеты-носителя в Свердловской области
check_box check_box_outline_blank Демонстратор нового авиадвигателя ПД-35 в Пермском крае
check_box check_box_outline_blank Полет МС-21-300 с крылом, изготовленным из российских композитов в Иркутской области
check_box check_box_outline_blank Открытие крупнейшего в РФ Амурского газоперерабатывающего завода в Амурской области
check_box check_box_outline_blank Запуск первой за 20 лет термоядерной установки Токамак Т-15МД в Москве
check_box check_box_outline_blank Создание уникального морского роботизированного комплекса «СЕВРЮГА» в Астраханской области
check_box check_box_outline_blank Открытие завода первого российского бренда премиальных автомобилей Aurus в Татарстане
check_box check_box_outline_blank Старт разработки крупнейшего в Европе месторождения платиноидов «Федорова Тундра» в Мурманской области
check_box check_box_outline_blank Испытание «зеленого» танкера ледового класса ICE-1А «Владимир Виноградов» в Приморском крае
check_box check_box_outline_blank Печать на 3D-принтере первого в РФ жилого комплекса в Ярославской области
Показать ещеexpand_more