少妇视频无码专区,三级黄线在线免费播放,婷婷在线免费手机视频,潮喷潮喷吧日韩人妻无码,中文亚洲天堂,亚洲午夜福利一级无码男同,国内高清无码视在线

阿貢實(shí)驗(yàn)室與合作機(jī)構(gòu)的研究人員指出了用于未來電池性能的’聚集體’（ Aggregates）。

跟蹤最新科學(xué)文獻(xiàn)是科學(xué)家工作中的的重要部分，科學(xué)家由此可以產(chǎn)生見解，從而在未來可能轉(zhuǎn)化成重大進(jìn)展。


2018年，美國(guó)能源部（DOE）阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室電池化學(xué)家Lei Cheng偶然發(fā)現(xiàn)一些關(guān)于電池電解質(zhì)的研究，這些研究描述了納米聚集體結(jié)構(gòu)的存在。這些是由數(shù)十到數(shù)百個(gè)帶電粒子組成的團(tuán)簇，稱為離子，總直徑大于一納米。在此之前，大多數(shù)電池電解質(zhì)研究都專注在更小的結(jié)構(gòu)上。

阿貢高級(jí)化學(xué)家、杰出學(xué)者 Larry Curtiss表示：“其中研究的一項(xiàng)重要目標(biāo)是找到什么時(shí)候聚集體是有益的，什么時(shí)候是無益的。當(dāng)聚集體產(chǎn)生不利影響時(shí)，需要從電解質(zhì)中消除它們。”

電解質(zhì)是一種化學(xué)溶液，在電池運(yùn)行中起到重要作用。電解質(zhì)包含正極帶電離子，可以在電池的正負(fù)極之間來回移動(dòng)。

Cheng是聯(lián)合儲(chǔ)能研究中心（JCESR）的技術(shù)負(fù)責(zé)人，聯(lián)合儲(chǔ)能研究中心是一個(gè)能源創(chuàng)新中心（Energy Innovation Hub），由能源部發(fā)起，并由阿貢領(lǐng)導(dǎo)。聯(lián)合儲(chǔ)能研究中心將來自20個(gè)機(jī)構(gòu)超過150名研究人員聚集在一起，機(jī)構(gòu)包括了國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)以及公司，設(shè)計(jì)并制造能夠成為新一代電池的材料。這種電池有助于在汽車、電網(wǎng)甚至電動(dòng)飛機(jī)中實(shí)現(xiàn)重大的能量轉(zhuǎn)換。

Cheng和其他幾位JCESR研究人員一致認(rèn)為，聚集體值得深入研究。畢竟，研究團(tuán)隊(duì)充分意識(shí)到電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以明顯影響其特性，并最終對(duì)電池的性能起到很大的作用。舉例來說，為了研發(fā)更好的鋰離子電池，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)加入少量鹽可以使其更穩(wěn)定。

Cheng說：“集聚體并不是一個(gè)大問題?？蒲腥藛T不會(huì)過多討論如何影響電解質(zhì)的性質(zhì)。這就是為什么我們決定啟動(dòng)研究項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查的原因。”

自2018至2021年，研究中心的研究人員積累了足夠多的研究成果，聚集體是一個(gè)非常重要的新興話題，對(duì)于新一代電池性能具有潛在的重大影響。為了提醒電池科學(xué)界，研究人員在《American Chemical Society’s Energy Letters》發(fā)表了一篇關(guān)于聚集體研究的調(diào)查與分析。這篇文章匯集了研究中心研究人員與其他科學(xué)家的60項(xiàng)研究結(jié)果。

對(duì)電解質(zhì)特性的影響

這篇文章探討了聚集體是如何影響電解質(zhì)特性產(chǎn)生獨(dú)特影響的，其中包含穩(wěn)定性以及離子傳輸。

穩(wěn)定性會(huì)影響電池性能的許多關(guān)鍵方面。其中包含了壽命（充放電循環(huán)次數(shù)）、安全性、能量密度以及充放電率。例如，不穩(wěn)定的電解質(zhì)容易分解。這樣或許會(huì)縮短電池的使用時(shí)間，并導(dǎo)致安全問題。

離子運(yùn)輸指的是離子通過電解質(zhì)的速度。這種特性可以影響電池的充放電率?？焖俚碾x子運(yùn)輸可以使電動(dòng)汽車充電更快速，同時(shí)也可以讓電網(wǎng)規(guī)模的電池更快地放電。另一個(gè)潛在益處是改善由大分子聚合物制成的電解質(zhì)性能。這種電解質(zhì)比液體電解液更加安全。

電解質(zhì)的聚集體對(duì)電池性能可能產(chǎn)生有利或不利的影響。因此，聚集體或許會(huì)減慢或加速離子運(yùn)輸。

經(jīng)驗(yàn)豐富的阿貢化學(xué)家，同時(shí)也是撰寫文章的其中一位作者Larry Curtiss表示：“研究的一項(xiàng)重要目標(biāo)是找出聚集體什么時(shí)候是有益的，什么時(shí)候是無益的。當(dāng)聚集體產(chǎn)生了不利的影響時(shí)，或許應(yīng)該從電解質(zhì)中清除。”

聚集體的一個(gè)已知有益影響出現(xiàn)在鋰氧電池中。新一代電池的工作原理是通過電解質(zhì)將氧氣輸送到陰極。聚集體與鋰反應(yīng)生成過氧化鋰。與鋰離子電池相比，鋰氧電池具有較高的能量密度，有可能用于長(zhǎng)途卡車和航空運(yùn)輸。Curtiss與其他研究人員通過模擬計(jì)算，認(rèn)為聚集體可以改善氧氣運(yùn)輸以及在陰極電解質(zhì)表面反應(yīng)。然而，目前尚不清楚為什么會(huì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象。

Curtiss說：“這是未來研究的一個(gè)領(lǐng)域。”

聚集體的形成

聚集體的形成尚不完全明確。研究人員認(rèn)為，這取決于電解質(zhì)中離子和溶劑分子之間各種相互作用的強(qiáng)度。溶劑是能夠溶解其他材料的物質(zhì)。

Curtiss說：“如果離子與溶劑分子反應(yīng)弱，可能會(huì)得到更小的結(jié)構(gòu)，例如，離子對(duì)。如果離子與離子之間的相互作用很強(qiáng)，可能就會(huì)得到聚集體。”

Cheng說：“聚集體形成的背后，沒有一個(gè)完整且統(tǒng)一的理論。我們還需要知道調(diào)整哪些參數(shù)來操縱聚集體的形成與結(jié)構(gòu)。”

存在很多知識(shí)鴻溝與研究需求

到目前為止，大多數(shù)的聚集體研究專注在鋰離子電池上。然而，鋰離子電池所用的電解質(zhì)，例如，碳酸亞乙酯（ethylene carbonate）、碳酸丙烯酯（propylene carbonate）等，與許多正在研發(fā)的新一代電池的電極材料不兼容。包括鋰氧電池與鋰硫電池。隨著研究人員為這些先進(jìn)電池研發(fā)的替代電解質(zhì)，他們需要對(duì)聚集體的影響進(jìn)行更多的調(diào)查研究。

此外，多數(shù)關(guān)于聚集體的研究只檢測(cè)了其對(duì)電解質(zhì)的影響。Curtiss說：“關(guān)于聚集體是如何影響電極-電解質(zhì)表面的研究是非常稀少的，但這對(duì)電池性能而言是至關(guān)重要的。我們不了解聚集體是如何影響界面上的離子運(yùn)輸?shù)摹Ｎ覀円膊磺宄奂w是否會(huì)導(dǎo)致電子從陰極漏出并破壞電解質(zhì)。”

Cheng說：“一個(gè)巨大的知識(shí)鴻溝是聚集體如何使自己在表面聚集的，以及是如何影響電荷傳輸?shù)摹?rdquo;

Cheng還補(bǔ)充我們需要研發(fā)新的專門針對(duì)這些界面的實(shí)驗(yàn)表征工具?？赡苄枰庾V工具，來記載材料的組成和結(jié)構(gòu)。增強(qiáng)X射線技術(shù)，例如，阿貢先進(jìn)光子源正在開發(fā)的X射線技術(shù)，該技術(shù)有助于檢測(cè)出聚集體的存在，并記錄其組成方式以及隨時(shí)間推移發(fā)生的變化。

一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域是改善計(jì)算與模擬方法，以精確描述聚集體與離子和分子之間復(fù)雜相互作用。機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine learning）可以收集這些互動(dòng)中的大量數(shù)據(jù)。

Cheng、Curtiss與其他聯(lián)合儲(chǔ)能研究中心的研究人員計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行幾項(xiàng)聚集體的研究。其中一項(xiàng)正在進(jìn)行的研究領(lǐng)域涉及了不同離子與其他元素，以更好的了解聚集體的形成。阿貢研究人員計(jì)劃繼續(xù)與伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校（University of Illinois Urbana-Champaign）合作研究電極界面聚集體的影響。

有趣的是，聚集體的形成并不是電池電解質(zhì)獨(dú)有的。聚集體或可以在其他行業(yè)（例如，藥業(yè)）的材料生產(chǎn)過程中發(fā)揮重要作用。通過對(duì)電池電解的聚集體的研究得到的見解也會(huì)對(duì)其他過程帶來好處。

文章的其他作者來自：阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Zhou Yu；加利福尼亞大學(xué)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Berkeley/Lawrence Berkeley National Laboratory）Nitash Balsara；美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（U.S. Army Research Laboratory）Oleg Borodin；伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校（University of Illinois at Urbana−Champaign）Andrew Gewirth；桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Sandia National Laboratories）Nathan Hahn；圣母大學(xué)（University of Notre Dame）Edward Maginn；加利福尼亞大學(xué)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory/University of California, Berkeley）Kristin Persson；阿爾貢儲(chǔ)能科學(xué)合作中心（Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science）Venkat Srinivasan；科羅拉多大學(xué)博爾德分校（University of Colorado, Boulder）Michael Toney；美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（U.S. Army Research Laboratory）Kang Xu；桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Sandia National Laboratories）Kevin Zavadil。

中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì) 楊柳翻譯 

原標(biāo)題：新一代電池的研究重點(diǎn)