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Lasers e fita adesiva triplo de lítio metálico vida útil da bateria

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Os pesquisadores voltaram a fita adesiva em um filme de óxido de silício, que substitui problemático ânodos em baterias de lítio metálico.

Para o Materiais Avançados estudo, os pesquisadores usaram um laser infravermelho cortador para converter a base de silicone, adesivo da fita-adesiva em porosa de óxido de silício revestimento, misturado com uma pequena quantidade de laser-induced grafeno da fita de poliimida de apoio. O protetor de óxido de silício camada de formulários diretamente no coletor de corrente da bateria.

Esquerda: Um cobre círculo realizada em pinça. Direita: Preto e branco, imagem de microscópio de pequenas bolhas
À esquerda, uma de cobre coletor de corrente com um laser-induced de silício óxido de revestimento. À direita, uma imagem de microscopia de revestimento criado por laser de fita adesiva na parte de cobre do coletor. (Crédito: Grupo De Passeio)

A ideia de usar fita veio de tentativas anteriores para produzir free-standing filmes de laser-induced grafeno, diz James Tour, presidente em química e professor de ciência da computação e da ciência dos materiais e nanoengineering na Universidade de Rice.

Ao contrário de puro filmes de poliimida, a banda produziu não apenas a laser-induced grafeno do polyimide de apoio, mas também um translúcido filme onde o adesivo tinha sido. Que atraiu a curiosidade dos pesquisadores e levou a novas experiências.

A camada formada quando eles preso a fita de cobre, coletor de corrente e lased-lo várias vezes para aumentar rapidamente a sua temperatura de 2.300 Kelvin (3,680 graus Fahrenheit). Que gerou um revestimento poroso composto principalmente de silício e oxigênio, combinado com uma pequena quantidade de carbono na forma de grafeno.

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Em experimentos, espumosa filme apareceu para absorver e liberar o lítio metálico, sem permitir a formação de dendritos—espetado saliências que possam causar curto-circuito de uma bateria e causar incêndios. Os pesquisadores nota de lítio metal tende a se degradar rapidamente durante a carga da bateria e os ciclos de descarga, com o mínimo de coletores de corrente, mas eles não observar qualquer um desses problemas em ânodos revestido com laser-induced óxido de silício (LI-SiO).

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“Na tradicional baterias de iões de lítio, bateria de iões de são intercalados em um grafite estrutura sobre o carregamento e o de-intercalate como a bateria descarrega-se,” diz o autor principal do Weiyin Chen, um estudante de pós-graduação. “Seis átomos de carbono são usadas para armazenar um átomo de lítio quando a capacidade total do grafite é usado.

“Mas em uma bateria de metal do ânodo, sem a grafite é usado”, diz ele. “A bateria de íons diretamente de transporte a partir da superfície do metal do ânodo como a bateria descarrega-se. Lítio metálico ânodos são considerados uma tecnologia-chave para o futuro da bateria de desenvolvimento, uma vez que a sua segurança e o desempenho de problemas são resolvidos.”

Ânodos de lítio metálico pode ter uma capacidade de 10 vezes maior do que os tradicionais grafite-baterias de íon de lítio. Mas baterias de lítio metálico que são desprovidos de grafite geralmente usar o excesso de lítio metálico para compensar as perdas causadas pela oxidação do ânodo de superfície, Tour diz.

“Quando não há nenhum excesso de lítio metal nos anodos, eles geralmente sofrem rápida degradação, produzindo células com muito limitado ciclo de vida,” diz o co-autor Rodrigo Salvatierra, um acadêmico visitante no Tour de laboratório. “No lado positivo, essas “ânodo” livre de células tornam-se mais leves e proporcionar um melhor desempenho, mas com o custo de uma vida curta.”

Os pesquisadores nota LI-SiO triplicou a bateria vidas sobre outros zero-excesso de baterias de lítio metálico. LI-SiO revestido de baterias entregues 60 carga de descarga de ciclos de retenção de 70% de sua capacidade.

Tour diz que poderia fazer baterias de lítio metálico adequado como baterias de alto desempenho para expedições ao ar livre ou de alta capacidade de armazenamento de curto prazo, interrupções em áreas rurais.

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Usando o padrão industrial lasers deve permitir que a indústria de escala para a grande área de produção. Tour diz que o método é rápido, não necessita de solventes, e pode ser feito em sala de atmosfera e temperatura. Ele diz que a técnica pode também produzir filmes para apoiar as nanopartículas de metal, revestimentos protetores e filtros.

O Air Force Office of Scientific Research apoiou o projeto.

Fonte: Universidade De Rice

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