在過去的三十年裡，鋰離子電池，一種將鋰離子來回移動到充電和放電的可充電電池，使得小型裝置的充電速度更快，持續時間更長。
由SLAC的斯坦福材料與能源科學研究所的教員、斯坦福材料科學教授威廉·崔領導的一個國際研究小組今天發表了這些發現。天然材料.“以前，它有點像一個黑匣子，”麻省理工學院教授、這項研究的另一位負責人馬丁·巴贊(MartinBazant)說。“你可以看到材料工作得很好，某些新增劑似乎也有幫助，但你不能確切地知道鋰離子在這個過程的每一步都會往哪裡走。”你只能嘗試發展一種理論，並從測量中倒退。有了新的儀器和測量技術，我們開始對這些東西的工作原理有了更嚴格的科學理解。“爆米花效應任何乘坐過電動巴士、使用過電動工具或使用過無繩真空的人，都有可能從他們研究的電池材料中獲益，磷酸鐵鋰。它也可以用於汽車的啟動-停止功能與內燃機和儲存風能和太陽能的電網。更好地理解這種材料和其他類似材料可能會導致更快的充電，更長的壽命和更耐用的電池。但直到最近，研究人員還只能猜測能讓它發揮作用的機制。當鋰離子電池充放電時，鋰離子從液體溶液中流入固體儲藏室。但是一旦進入固體，鋰就會重新排列，有時導致材料分裂成兩個不同的相，就像油和水混合在一起時分開一樣。這就造成了覺悟所謂的“爆米花效應”。離子聚集在一起，形成熱點，從而縮短電池壽命。
在這項研究中，研究人員使用了兩種X射線技術來探索鋰離子電池的內部工作.在SLAC的斯坦福同步輻射光源(SSRL)上，他們將X射線從磷酸鐵鋰樣品中反射出來，以揭示其原子結構和電子結構，讓他們瞭解鋰離子在材料中是如何移動的。在伯克利實驗室的高階光源(Als)上，他們使用X射線顯微鏡放大了這個過程，讓他們能夠描繪出鋰的濃度隨時間的變化。上游遊以前，研究人員認為磷酸鐵鋰是一種一維導體，這意味著鋰離子只能向一個方向穿過大部分物質，就像鮭魚遊向上遊一樣。但是，在仔細研究他們的資料時，研究人員注意到，鋰在材料表面的運動方向與根據先前模型預測的方向完全不同。就好像有人把一片葉子扔到溪面上，發現水流的方向和遊鮭魚完全不同。
當鋰離子流入電池的固體電極-這裡是六角形切片-鋰可以重新排列，導致離子聚整合熱點，從而縮短電池壽命。學分：斯坦福大學/三維圖形他們與英國巴斯大學(UniversityofBath，UK)化學教授賽義夫·伊斯蘭(SaifulIslam)合作，開發該系統的計算機模型和模擬。這些研究表明，鋰離子在材料表面向另外兩個方向移動，從而使磷酸鐵鋰成為三維導體。“事實證明，這些額外的途徑是有問題的物質，促進爆米花一樣的行為，導致它的失敗，”覺清說。“如果鋰可以在表面移動得更慢，它將使電池更加均勻。這是發展更高效能和更長壽命電池的關鍵。“電池工程的新前沿-離子電池確實是新的前沿，“他說。“我們已經發現並開發了一些最好的散裝材料。我們已經看到鋰離子電池為了跟進這項研究，研究人員將繼續將建模、模擬和實驗結合起來，試圖用SLAC的Linac相干光源(LCLS)等裝置，在許多不同的長度和時間尺度下，瞭解有關電池效能的基本問題。在LCLS中，研究人員將能夠以每秒數萬億分之一的速度探測單個離子跳躍。來自俄羅斯國家研究核子大學(俄羅斯)的研究人員則在延長鋰電池使用壽命上有了新突破，他們正在研製含鎳-63奈米團簇放射性同位素膜的放射性同位素β-伏打電池。其概念是開發壽命為100年的安全核電池，用於起搏器、微型葡萄糖感測器、動脈血壓監測系統、遙控物體和微型機器人以及能夠長期工作的獨立系統。研究成果發表在雜誌上。應用物理信函.研究人員比以往任何時候都更感興趣的專案，開發奈米技術，以微型化技術裝置，主要是奈米電子系統。在創造將奈米電子學和機械元件結合起來的微機電和奈米機電系統方面的最新成就可以使開發微觀物理、生物或化學感測器成為可能。然而，微型電池的缺乏為微機電系統和奈米機電系統提供動力，阻礙了這類裝置的大規模引進。今天，科學家們正在研究製造微型鋰離子電池、太陽能電池板、燃料電池和各種型別的冷凝器的可能性。然而，這些電池仍然太大，無法開發真正的微觀和奈米系統。另一種為先進的微機電和奈米機電系統供電的方法是使用放射性同位素電池。無線電同位素或核或原子電池將元穩定元素(原子核)放射性衰變的能量轉化為電能。這些元素的質量和體積都有很高的能量密度。持續能量排放的持續時間因核素的選擇而異。靜音無線電同位素電池可以在沒有錯誤或長期維護的情況下工作。鎳-63的獨特效能
熱電轉換被認為是將放射性衰變能量轉化為電能的最方便的方法之一。但科學家們也在研究β-伏打電池及其實際應用。透過在微型電池中安裝一種發射軟β輻射的無線電同位素，可以保護使用者和附近的物體免受輻射。因此，這種電池將有廣泛的應用。
梅菲的研究人員研究了納米團簇鎳膜的電物理性質，並選擇了實驗的最佳引數，目的是建立一個系統，有效地將鎳-63同位素的β衰變能量轉化為電能。鎳-63同位素是β-伏打過程中最有前途的放射性核素之一。這種軟β輻射發射器的半衰期很長，為100.1年。因此，這個獨特的元素非常適合為不需要高輸出的各種系統供電。
彈性、相對惰性和易於加工的鎳是一種有效的金屬，就其效能而言.它不必在集裝箱內儲存和運輸。研究人員正試圖提高當前系統的效率，將鎳-63元素的β衰變能量轉化為電能，並尋找替代的物理系統。這種方法很有希望。
梅菲的研究人員正在使用新的方法
梅菲物理技術計量問題學院的助理教授Pyotr Borisyuk說，研究人員已經開發出一種不尋常的物理系統，可以在奈米結構的鎳薄膜中產生二次電子，並大大增強β粒子一連串非彈性碰撞所引起的電流訊號。
在過去的三十年裡，鋰離子電池，一種將鋰離子來回移動到充電和放電的可充電電池，使得小型裝置的充電速度更快，持續時間更長。
由SLAC的斯坦福材料與能源科學研究所的教員、斯坦福材料科學教授威廉·崔領導的一個國際研究小組今天發表了這些發現。天然材料.“以前，它有點像一個黑匣子，”麻省理工學院教授、這項研究的另一位負責人馬丁·巴贊(MartinBazant)說。“你可以看到材料工作得很好，某些新增劑似乎也有幫助，但你不能確切地知道鋰離子在這個過程的每一步都會往哪裡走。”你只能嘗試發展一種理論，並從測量中倒退。有了新的儀器和測量技術，我們開始對這些東西的工作原理有了更嚴格的科學理解。“爆米花效應任何乘坐過電動巴士、使用過電動工具或使用過無繩真空的人，都有可能從他們研究的電池材料中獲益，磷酸鐵鋰。它也可以用於汽車的啟動-停止功能與內燃機和儲存風能和太陽能的電網。更好地理解這種材料和其他類似材料可能會導致更快的充電，更長的壽命和更耐用的電池。但直到最近，研究人員還只能猜測能讓它發揮作用的機制。當鋰離子電池充放電時，鋰離子從液體溶液中流入固體儲藏室。但是一旦進入固體，鋰就會重新排列，有時導致材料分裂成兩個不同的相，就像油和水混合在一起時分開一樣。這就造成了覺悟所謂的“爆米花效應”。離子聚集在一起，形成熱點，從而縮短電池壽命。
在這項研究中，研究人員使用了兩種X射線技術來探索鋰離子電池的內部工作.在SLAC的斯坦福同步輻射光源(SSRL)上，他們將X射線從磷酸鐵鋰樣品中反射出來，以揭示其原子結構和電子結構，讓他們瞭解鋰離子在材料中是如何移動的。在伯克利實驗室的高階光源(Als)上，他們使用X射線顯微鏡放大了這個過程，讓他們能夠描繪出鋰的濃度隨時間的變化。上游遊以前，研究人員認為磷酸鐵鋰是一種一維導體，這意味著鋰離子只能向一個方向穿過大部分物質，就像鮭魚遊向上遊一樣。但是，在仔細研究他們的資料時，研究人員注意到，鋰在材料表面的運動方向與根據先前模型預測的方向完全不同。就好像有人把一片葉子扔到溪面上，發現水流的方向和遊鮭魚完全不同。
當鋰離子流入電池的固體電極-這裡是六角形切片-鋰可以重新排列，導致離子聚整合熱點，從而縮短電池壽命。學分：斯坦福大學/三維圖形他們與英國巴斯大學(UniversityofBath，UK)化學教授賽義夫·伊斯蘭(SaifulIslam)合作，開發該系統的計算機模型和模擬。這些研究表明，鋰離子在材料表面向另外兩個方向移動，從而使磷酸鐵鋰成為三維導體。“事實證明，這些額外的途徑是有問題的物質，促進爆米花一樣的行為，導致它的失敗，”覺清說。“如果鋰可以在表面移動得更慢，它將使電池更加均勻。這是發展更高效能和更長壽命電池的關鍵。“電池工程的新前沿-離子電池確實是新的前沿，“他說。“我們已經發現並開發了一些最好的散裝材料。我們已經看到鋰離子電池為了跟進這項研究，研究人員將繼續將建模、模擬和實驗結合起來，試圖用SLAC的Linac相干光源(LCLS)等裝置，在許多不同的長度和時間尺度下，瞭解有關電池效能的基本問題。在LCLS中，研究人員將能夠以每秒數萬億分之一的速度探測單個離子跳躍。來自俄羅斯國家研究核子大學(俄羅斯)的研究人員則在延長鋰電池使用壽命上有了新突破，他們正在研製含鎳-63奈米團簇放射性同位素膜的放射性同位素β-伏打電池。其概念是開發壽命為100年的安全核電池，用於起搏器、微型葡萄糖感測器、動脈血壓監測系統、遙控物體和微型機器人以及能夠長期工作的獨立系統。研究成果發表在雜誌上。應用物理信函.研究人員比以往任何時候都更感興趣的專案，開發奈米技術，以微型化技術裝置，主要是奈米電子系統。在創造將奈米電子學和機械元件結合起來的微機電和奈米機電系統方面的最新成就可以使開發微觀物理、生物或化學感測器成為可能。然而，微型電池的缺乏為微機電系統和奈米機電系統提供動力，阻礙了這類裝置的大規模引進。今天，科學家們正在研究製造微型鋰離子電池、太陽能電池板、燃料電池和各種型別的冷凝器的可能性。然而，這些電池仍然太大，無法開發真正的微觀和奈米系統。另一種為先進的微機電和奈米機電系統供電的方法是使用放射性同位素電池。無線電同位素或核或原子電池將元穩定元素(原子核)放射性衰變的能量轉化為電能。這些元素的質量和體積都有很高的能量密度。持續能量排放的持續時間因核素的選擇而異。靜音無線電同位素電池可以在沒有錯誤或長期維護的情況下工作。鎳-63的獨特效能
熱電轉換被認為是將放射性衰變能量轉化為電能的最方便的方法之一。但科學家們也在研究β-伏打電池及其實際應用。透過在微型電池中安裝一種發射軟β輻射的無線電同位素，可以保護使用者和附近的物體免受輻射。因此，這種電池將有廣泛的應用。
梅菲的研究人員研究了納米團簇鎳膜的電物理性質，並選擇了實驗的最佳引數，目的是建立一個系統，有效地將鎳-63同位素的β衰變能量轉化為電能。鎳-63同位素是β-伏打過程中最有前途的放射性核素之一。這種軟β輻射發射器的半衰期很長，為100.1年。因此，這個獨特的元素非常適合為不需要高輸出的各種系統供電。
彈性、相對惰性和易於加工的鎳是一種有效的金屬，就其效能而言.它不必在集裝箱內儲存和運輸。研究人員正試圖提高當前系統的效率，將鎳-63元素的β衰變能量轉化為電能，並尋找替代的物理系統。這種方法很有希望。
梅菲的研究人員正在使用新的方法
梅菲物理技術計量問題學院的助理教授Pyotr Borisyuk說，研究人員已經開發出一種不尋常的物理系統，可以在奈米結構的鎳薄膜中產生二次電子，並大大增強β粒子一連串非彈性碰撞所引起的電流訊號。