Исследователи из Калифорнийского университета в Инженерном колледже Борнса в Риверсайде переработали материалы, из которых изготовлена батарея, экологически безопасным способом, чтобы решить некоторые из этих проблем. Они считают, что, создавая наночастицы контролируемой формы, можно создавать более компактные, более мощные и энергоэффективные батареи. Изменяя размер и форму компонентов батареи, они также стремятся сократить время зарядки.
«Это важный, фундаментальный шаг в повышении эффективности этих батарей», — сказал Дэвид Кисайлус, доцент кафедры химической и экологической инженерии и ведущий исследователь проекта.Помимо электромобилей, модернизированные батареи могут использоваться для хранения энергии в муниципальных образованиях, в том числе энергии, вырабатываемой солнцем и ветром.Первоначальные результаты изложены в только что опубликованной статье «Сольвотермический синтез, разработка и эффективность наноструктур LiFePO4» в журнале «Рост кристаллов». Дизайн.
Кисайлус, который также является дипломированным профессором в области энергетических инноваций Уинстона Чанга, и Цзяньсинь Чжу, доктор философии. студенты, работающие с Кисайлусом, были ведущими авторами статьи. Другими авторами были: Джозеф Фиоре, Дуншэн Ли, Николай Кинсингер и Цяньцянь Ван, все из которых ранее работали с Кисайлусом; Элейн ДиМази из Брукхейвенской национальной лаборатории; и Джучен Го, доцент кафедры химической и экологической инженерии в Калифорнийском университете в Риверсайде.
Исследователи из лаборатории биомиметики и наноструктурированных материалов Кисайлуса решили повысить эффективность литий-ионных батарей, воздействуя на один из компонентов батареи — катод.Литий-фосфат железа (LiFePO4), один из типов катода, используется в электромобилях из-за его низкой стоимости, низкой токсичности и термической и химической стабильности. Однако его коммерческий потенциал ограничен, поскольку он имеет плохую электронную проводимость, а ионы лития в нем не очень подвижны.
Несколько синтетических методов были использованы для преодоления этих недостатков путем контроля роста частиц. Здесь Кисайлус и его команда использовали сольвотермический синтетический метод, по сути помещая реагенты в контейнер и нагревая их под давлением, как в скороварке.Кисайлус, Чжу и их команда использовали смесь растворителей для контроля размера, формы и кристалличности частиц, а затем внимательно наблюдали, как образуется фосфат лития-железа.
Сделав это, они смогли определить взаимосвязь между наноструктурами, которые они сформировали, и их характеристиками в батареях.Контролируя размер нанокристаллов, которые обычно в 5000 раз меньше толщины человеческого волоса, внутри частиц LiFePO4 с контролируемой формой, команда Кисайлуса показала, что могут быть созданы батареи с большей мощностью по запросу.Эти модулированные по размеру и форме частицы обеспечивают большую долю точек вставки и меньшую длину пути для литий-ионного транспорта, тем самым улучшая заряд батареи. Кисайлус и его команда в настоящее время совершенствуют этот процесс, чтобы не только улучшить производительность и снизить затраты, но и реализовать масштабируемость.
Исследование спонсировалось Центром глобальной энергии Уинстона Чанга, который назван в честь Уинстона Чанга, китайского изобретателя батарей, который в последние годы выделил кампусу более 16 миллионов долларов в поддержку исследований в области экологически чистой энергии.