РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ИНСТИТУТ ХИМИИ TBEPДОГО ТЕЛА
   
| | | | |
| | | |
 12.03.2010   Карта сайта     Language По-русски По-английски
Новые материалы
Экология
Электротехника и обработка материалов
Медицина
Статистика публикаци


12.03.2010

Предложен новый метод ускорения зарядки батарей

11 марта 2010











Компьютерная модель анода литиевой батареи, применённая в данном исследовании (иллюстрация Ibrahim Abou Hamad et al./Phys. Chem. Chem. Phys.).





Во много раз сократить время наполнения обычных литиево-ионных аккумуляторов можно при помощи несколько неожиданного дополнительного воздействия на батарею. Хотя данное открытие группа физиков и химиков из университетов Миссисипи (Mississippi State University) и Флориды (Florida State University) совершила при помощи суперкомпьютерного моделирования, учёные уверены, что оно способно преподнести сюрпризы и при фактической реализации.


Ключевой момент процесса заряда литиевой батареи — встраивание (интеркаляция) ионов лития в высокопористый графитовый электрод (получается разновидность компаунда — GIC).


В ходе обычной зарядки электрическое поле, образованное при приложении напряжения к электродам, помогает ионам лития преодолеть потенциальный барьер в графите и проникнуть в него. Скорость этого "насыщения" — один из важнейших лимитирующих факторов, определяющих темп заряда в целом. (Кстати, аналогичную проблему ускорения транспорта ионов другая группа исследователей решила изобретением "кольцевой автодороги".)


Чтобы изучить интеркаляцию детальнее, авторы новой работы построили в компьютере молекулярную динамическую модель данной части аккумулятора, которая включала 160 атомов углерода (собранных в 4 графеновых слоя), растворитель, представленный 69 молекулами пропиленкарбоната и 87 молекулами этиленкарбоната, а также необходимые для работы батареи ионы гексафторфосфата (две штуки) и собственно ионы лития (10 штук, большие белые шарики на рисунках).


В ходе различных "издевательств" над этой системой выяснилось, что приложение к графитовому электроду внешнего осциллирующего электрического поля (перпендикулярно графеновым листам, с частотой 25 гигагерц) заметно ускоряет интеркаляцию, помогая литию преодолевать потенциальный барьер.















Смоделированная система с добавочным пульсирующим полем через 19 наносекунд после начала заряда. Первый ион лития уже проник в графит. Сравните это с рисунком под заголовком, который показывает ту же систему, но в классическом случае (без осциллирующего поля) и через 200 наносекунд. Несмотря на такое время, ещё ни один литиевый ион не попал по назначению (иллюстрация Ibrahim Abou Hamad et al./Phys. Chem. Chem. Phys.).



Заманчивее всего оказалось открытие того факта, что с ростом амплитуды поля среднее время, необходимое "тестовым" ионам, чтобы запрыгнуть внутрь графита, падает экспоненциально. Это было проверено сотнями раундов моделирования с различными параметрами поля и случайным исходным положением молекул. Детали работы раскрывает открытая статья в журнале PCCP. (Читайте также про 11-минутный электромобиль.)




 


Дизайн и программирование N-Studio 
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я
  • Chen Wev .  honorary member of ISSC science council

  • Harton Vladislav Vadim  honorary member of ISSC science council

  • Lichtenstain Alexandr Iosif  honorary member of ISSC science council

  • Novikov Dimirtii Leonid  honorary member of ISSC science council

  • Yakushev Mikhail Vasilii  honorary member of ISSC science council

  • © 2004-2019 ИХТТ УрО РАН
    беременность, мода, красота, здоровье, диеты, женский журнал, здоровье детей, здоровье ребенка, красота и здоровье, жизнь и здоровье, секреты красоты, воспитание ребенка рождение ребенка,пол ребенка,воспитание ребенка,ребенок дошкольного возраста, дети дошкольного возраста,грудной ребенок,обучение ребенка,родить ребенка,загадки для детей,здоровье ребенка,зачатие ребенка,второй ребенок,определение пола ребенка,будущий ребенок медицина, клиники и больницы, болезни, врач, лечение, доктор, наркология, спид, вич, алкоголизм православные знакомства, православный сайт творчeства, православные рассказы, плохие мысли, православные психологи рождение ребенка,пол ребенка,воспитание ребенка,ребенок дошкольного возраста, дети дошкольного возраста,грудной ребенок,обучение ребенка,родить ребенка,загадки для детей,здоровье ребенка,зачатие ребенка,второй ребенок,определение пола ребенка,будущий ребенок