Haben Sie jemals bemerkt, dass Batterien in der Elektronik nicht so lange dauern wie sie, als sie brandneu waren?
Ein internationales Forschungsteam der University of Texas in Austin nahm diese bekannte Battery Challenge mit dem Namen Degradation mit einer Wendung an. Sie konzentrieren ihre Arbeit auf reale Technologie, die viele von uns täglich verwenden: drahtlose Ohrhörer. Sie setzten Röntgen-, Infrarot- und andere bildgebende Technologien ein, um die Komplexität aller in diesen winzigen Geräten verpackten Technologie zu verstehen und zu erfahren, warum ihre Batterie im Laufe der Zeit untergeht.
„Dies begann mit meinen persönlichen Kopfhörern; ich trage nur die rechte und stellte fest, dass der linke Ohrhörer nach zwei Jahren eine viel längere Akkulaufzeit hatte“ Maschinenbau, die die neuen Forschung leitete, die in veröffentlicht wurden in Fortgeschrittene Materialien. „Also haben wir beschlossen, es zu prüfen und zu sehen, was wir finden konnten.“
Sie fanden heraus, dass andere kritische Komponenten im kompakten Gerät wie die Bluetooth -Antenne, Mikrofone und Schaltkreise mit der Batterie zusammenkiefern und eine herausfordernde Mikroumgebung erzeugen. Diese Dynamik führte zu einem Temperaturgradienten – unterschiedliche Temperaturen am oberen und unteren Teil der Batterie -, die die Batterie beschädigten.
Die Exposition gegenüber der realen Welt mit vielen verschiedenen Temperaturen, dem Grad der Luftqualität und anderen Wildcard -Faktoren spielt ebenfalls eine Rolle. Batterien sind häufig so konzipiert, dass sie harten Umgebungen standhalten, aber häufige Umweltveränderungen sind auf ihre eigene Weise eine Herausforderung.
Diese Ergebnisse, so die Forscher, veranschaulichen die Notwendigkeit, mehr darüber nachzudenken, wie Batterien in reale Geräte wie Telefone, Laptops und Fahrzeuge passen. Wie können sie verpackt werden, um die Interaktionen mit potenziell schädlichen Komponenten zu mindern, und wie können sie für verschiedene Benutzerverhalten angepasst werden?
„Die Verwendung von Geräten unterschiedlich verändert die Verhalten und Leistung der Batterie“, sagte Guannan Qian, der erste Autor dieses Papiers und ein Postdoktorand in Lius Labor. „Sie könnten unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sein; eine Person hat unterschiedliche Ladegewohnheiten als eine andere; jeder Elektrofahrzeugbesitzer hat ihren eigenen Fahrstil. Dies ist alles wichtig.“
Um Experimente durchzuführen, arbeiteten Liu und sein Team eng mit der FIRE -Forschungsgruppe von UT zusammen, angeführt von Mechanical Engineer Ofodike Ezekoye. Sie verwendeten Ezekoyes Infrarot-Bildgebungstechnologie, um ihre Labor-Röntgen-Technologie bei UT Austin und Sigray Inc. zu ergänzen. Um das vollständige Bild zu erhalten, wandten sich Liu und sein Team an einige der mächtigsten Röntgenanlagen der Welt.
Sie arbeiteten mit Teams des SLAC National Accelerator Laboratory Stanford Synchrotron Strahlung LightSource, dem National Synchrotron Light Quelle II des Brookhaven National Laboratory, der Advanced Photon Source des Argonne National Laboratory und der europäischen Synchrotron -Strahlungsanlage (ESRF) in Frankreich zusammen. Diese nationalen und internationalen Institutionen gewähren Forschern den Zugang zu erstklassigen Synchrotronanlagen, sodass sie die verborgene Dynamik von Batterien unter realen Bedingungen aufdecken können.
„Meistens betrachten wir im Labor entweder unberührte und stabile Bedingungen oder Extreme“, sagte Xiaojing Huang, Physiker am National Laboratory von Brookhaven. „Wenn wir neue Arten von Batterien entdecken und entwickeln, müssen wir die Unterschiede zwischen den Laborbedingungen und der Unvorhersehbarkeit der realen Welt verstehen und entsprechend reagieren. Röntgenbildgebung kann dafür wertvolle Erkenntnisse bieten.“
Laut Liu wird sein Team weiterhin die Batterieleistung unter realen Bedingungen untersuchen. Diese Arbeit könnte sich auf größere Zellen erstrecken, wie die Batterien, die unsere Telefone, Laptops und Elektrofahrzeuge mit Strom versorgen.
Das vollständige Team umfasst: Tianxia Sun und Ayrton M. Yanyachi vom Walker Department of Maschinenbau; Guibin Zan, Jizhou Li, DeChao Meng, Vivek Thampy, Sang-Jun Lee, Jun-Sik Lee und Piero Pianetta von SLAC; Sheraz Gul und Wenbing Yun von Sigray; Xiaojing Huang, Hanfei Yan und Yong S. Chu vom Nationalen Labor von Brookhaven; Juanjuan Huang und Shelly D. Kelly vom Argonne National Laboratory; Peter Cloetens von ESRF; und Kejie Zhao von der Purdue University.
