delas. Agora, pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) descobriram que usando um método diferente para fazer o material pode oferecer melhorias substanciais.
Trabalhando com cientistas em dois outros Departamento de Energia (DOE) laboratórios de-Brookhaven National Laboratory e SLAC Laboratório-a National Accelerator equipe liderada por Berkeley Lab cientista bateria Marca Doeff ficou surpreso ao descobrir que o uso de uma técnica simples chamada de pirólise de pulverização pode ajudar a superar um dos maiores problemas associados com o NMC-reactividade cátodos superfície, o que leva a degradação do material.
"Fizemos algum material regular usando esta técnica, e eis que, é um desempenho melhor do que o esperado", disse Doeff, que vem estudando catodos NMC por cerca de sete anos. "Nós estávamos em uma perda para explicar isso, e nenhuma de nossas técnicas de caracterização de material convencional nos disse o que estava acontecendo, por isso fomos para SLAC e Brookhaven usar técnicas de imagem mais avançados e descobriram que havia menos de níquel nas superfícies das partículas, que é o que levou à melhora. Alto teor de níquel está associada com maior reatividade da superfície ".
Seus resultados foram publicados on-line, na primeira edição da revista Nature Energia em um artigo intitulado, "segregação do metal em materiais de cátodo hierarquicamente estruturados para as baterias de lítio de alta energia." As instalações utilizadas foram o Synchrotron Radiation Lightsource Stanford (SSRL) no SLAC e do Centro para Nanomateriais Funcionais (CFN) no Brookhaven, tanto DOE Escritório de Ciência Instalações do utilizador.
Estes resultados são potencialmente importantes porque pavimentar o caminho para fazer baterias de lítio-íon que são mais baratos e têm maior densidade de energia. "Nós ainda queremos aumentar o teor de níquel ainda mais, e isso nos dá uma via possível para fazer isso", disse Doeff. "O níquel é o principal componente electro-ativo, além disso, é menos caro do que o cobalto. O mais níquel que você tem, a capacidade mais prático que você pode ter em tensões que são práticos de usar. Queremos mais de níquel, mas, ao mesmo tempo, há o problema com reatividade da superfície. "
O cátodo é o eléctrodo positivo de uma bateria, e o desenvolvimento de um material de cátodo melhorada é considerada essencial para a realização de uma célula de alta voltagem estável, o objecto de pesquisa intensa. Spray de pirólise é uma técnica comercialmente disponíveis usadas para fazer filmes finos e pós, mas não tem sido amplamente utilizados para fazer materiais para a produção de pilhas.
A reactividade de superfície é um problema particular para ciclagem de alta tensão, o que é necessário para atingir as capacidades mais elevadas necessárias para dispositivos de alta energia. O fenómeno tem sido estudado e várias estratégias têm sido tentadas para melhorar o problema ao longo dos anos, incluindo o uso de titânio substituição parcial para o cobalto, o qual neutraliza a reactividade das superfícies, em certa medida.
No pesquisadores SSRL Dennis Nordlund e Yijin Liu usou microscopia de transmissão de raios-x e espectroscopia para examinar o material na casa das dezenas de nanômetros de 10-30 mícron. No CFN pesquisador Huolin Xin usou um espectroscopia de perda de energia de elétrons técnica chamada (EELS) com um microscópio eletrônico de transmissão de varredura (STEM), que foi capaz de aumentar o zoom em detalhes até a nanoescala.
A estas duas escalas, Doeff e seus colegas-Feng Berkeley Lab Lin, Yuyi Li, Matthew Quan, e Lei Cheng-trabalhando com os cientistas no SSRL e CFN fez algumas descobertas importantes sobre o material.
Lin, um ex-pesquisador de pós-doutorado de Berkeley Lab trabalhando com Doeff e primeiro autor do estudo, disse:. "Nossos estudos anteriores revelaram que a engenharia da superfície de partículas do cátodo pode ser a chave para estabilizar o desempenho da bateria Depois de algum esforço profundo para entender os desafios de estabilidade de catodos NMC, estamos começando agora a um passo de melhoria catodos NMC por meio do ajuste de distribuição superfície de metal ".
Os resultados da pesquisa apontam o caminho para refinamentos. "Esta pesquisa sugere um caminho a seguir para a obtenção desses materiais para o ciclo com capacidades mais elevadas-que é a concepção de materiais que são classificados, com menos de níquel na superfície", disse Doeff. "Eu acho que o nosso próximo passo será o de tentar fazer com que estes materiais com um gradiente de composição maior e combinar algumas outras coisas para fazê-los trabalhar juntos, tais como a substituição de titânio, para que possamos utilizar mais capacidade e, consequentemente, aumentar a densidade de energia em uma bateria de lítio bateria de íon. "
Spray de pirólise é uma técnica de baixo custo, comum para a fabricação de materiais. "A razão pela qual nós gostamos é que ele oferece um grande controle sobre a morfologia. Você fica bonita morfologia esférica que é muito bom para materiais de bateria", disse Doeff. "Nós não somos os primeiros que vieram acima com idéia de diminuir níquel na superfície. Mas nós fomos capazes de fazê-lo em uma única etapa, utilizando um procedimento muito simples."
Fornecido por: Da phys 2016 ( STOP)
