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Os Pesquisadores Exploram o Mecanismo da Reacção da Bateria do Lítio-Ar Usando a Microscopia do Fotoelectrão do Raio X

Published on October 8, 2012 at 6:54 AM

Exactamente o que vai baterias avançadas interior do lítio-ar enquanto cobra e a descarga foi sempre impossível de observar directamente. Agora, uma técnica nova desenvolvida por promessas dos pesquisadores do MIT de mudar isso, permitindo o estudo desta actividade electroquímica como acontece.

Uma bateria de circuito integrado do lítio-ar (destacada na laranja) é posicionada dentro de uma câmara do teste na Fonte Luminosa Avançada (ALS) no Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley, à vista de seu teste usando a microscopia do fotoelectrão do Raio X (cortesia de imagem de Eva Mutoro e de Ethan Crumlin, o ALS)

A pesquisa foi publicada apenas nos Relatórios Científicos do jornal.

As reacções que ocorrem dentro de uma bateria convencional do lítio-ar são complexas, dizem o Shao-Chifre de Yang, Professor Adjunto de Gail E. Kendall da Engenharia Mecânica e a Ciência e a Engenharia de Materiais, que era o autor superior do papel. “Nós centramo-nos sobre encontrá-la o que acontece realmente durante cobrar e se descarregar,” dizemos. Fazer isso exigiu o uso de um tipo especial da iluminação do Raio X da alta intensidade em uma de somente duas facilidades no mundo capaz de produzir tal experiência: a Fonte Luminosa Avançada (ALS) no Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley (LBNL) em Califórnia.

Que a facilidade tornou possível estudar as reacções electroquímicas que ocorrem na superfície dos eléctrodos, e mostrar as reacções entre o lítio e o oxigênio como a tensão aplicada à pilha foi mudado.

Os testes usaram uma versão de circuito integrado nova de uma bateria do lítio-ar tornada possível através da colaboração com Nancy Dudney e os colegas no Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL), Shao-Chifre dizem. Ao descarregar-se, tais baterias desenham em alguns íons do lítio para converter o oxigênio no peróxido do lítio. Usando o ALS, Yi-Chun Lu, um postdoc no laboratório dos Shao-Chifres, e Ethan Crumlin, que recebeu seu doutoramento do MIT este ano e é agora um postdoc em LBNL, podiam produzir espectros detalhados de como a reacção se desdobra, e mostram que esta reacção é reversível em superfícies do óxido de metal. O Lu e Crumlin eram os autores principais do artigo de investigação novo.

Uma falta da compreensão de como o lítio reage com o oxigênio impediu a revelação de baterias práticas do lítio-ar, os autores diz - mas este tipo de ofertas da bateria a perspectiva de armazenar até quatro vezes mais energia como baterias de hoje do lítio-íon para um peso dado, e assim poderia ser uma chave permitindo a tecnologia para o armazenamento de energia, entre outros usos. A Maioria de baterias existentes do lítio-ar sofrem das grandes perdas de energia durante cobrar e descarregar-se, e foram incapazes de sustentar com sucesso ciclos repetidos.

Usando o ALS, Crumlin diz, “permite a investigação de um vasto leque de estudos eletroquímicos em circunstâncias ambientais reais, incluindo o estudo da capacidade… a química de superfície de nossa pilha de circuito integrado especialmente projetada do dióxido do lítio.”

Este método novo para estudar as reacções de tais baterias em detalhe podia ajudar pesquisadores em sua procura a projectar melhores baterias. Tais baterias do lítio-ar das melhorias, o Shao-Chifre diz, poderia potencial aumentar a eficiência da viagem de ida e volta (retenção da energia entre a carga e a descarga) e a vida de ciclo (a capacidade para cobrar e descarregar uma bateria muitas vezes).

Este estudo mostrou aquele que usa óxidos de metal porque o eléctrodo de oxigênio poderia potencial permitir uma bateria do lítio-ar de manter seu desempenho sobre muitos ciclos de operação. O dispositivo usado neste estudo foi projectado puramente para a pesquisa, não como um projecto prático da bateria em si mesmo; se replicated em uma pilha real, o Lu diz, tais projectos poderiam extremamente melhorar a longevidade de baterias do lítio-ar.

O método observacional esta equipe desenvolvida poderia ter implicações para estudar reacções para além das baterias do lítio-ar, o Shao-Chifre diz. Esta pesquisa, diz, “aponta a um paradigma novo de estudar mecanismos da reacção para o armazenamento de energia eletroquímico. Nós podemos usar esta técnica para estudar um grande número reacções,” diz. “Permite que nós olhem um grande número processos energia-relacionados eletroquímicos diferentes.”

Bruno Scorsati, um professor da química na Universidade de Sapienza de Roma, diz que este trabalho é “uma novela e uma aproximação sofisticada.” Scorsati adiciona que esta pesquisa marca “uma etapa para a frente no progresso da ciência e da tecnologia destes sistemas do armazenamento da super-alto-energia.”

Source: http://web.mit.edu

Last Update: 8. October 2012 08:27

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