陆军与大学合作,延长移动设备的电池寿命

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陆军研究实验室科学家Arthur von Wald Cresce在电化学科工作。 Cresce还是电解质添加剂的共同发明者,有望将锂电池的能量密度提高30%。

美国陆军研究实验室和布朗大学的科学家已经合作开发解决方案,以延长GPS齿轮,手机,野外手提电脑和其他士兵技术(包括机器人)的电池寿命。

通过实验室商定的《合作研发协议》或CRADA’军事和大学研究人员的技术转让和拓展办公室正在尝试解决表征然后设计在锂离子电池阳极上形成的固态电解质中间相或SEI层的难题,尤其要重点研究具有非常高可靠性的硅阳极。高容量的锂。

“我们要提高锂离子电池的电压,”ARL研究人员Arthur von Wald Cresce博士说’的电化学分支。

陆军正在努力用锂离子或锂离子电池代替所有碱金属和镍氢氢化物野外电池,这些电池可提供任何商用电池类型中最佳的能量密度。这意味着锂离子电池将为所有士兵通信和GPS装备供电。

“陆军正在开发用于战场的混合动力汽车,这意味着它们还将使用锂离子电池。某些高能应用(例如反应装甲和定向能武器)似乎也适用于锂离子电池,尽管这些技术仍在发展中,” Cresce said.

他说,陆军对锂离子电池的SEI研究感兴趣,因为SEI决定电池是否会循环或有害的副反应是否会消耗电解质成分。 SEI是通过液体电解质组分的分解形成的固体层。它是一种电解质,意味着它必须允许Li +移动,同时仍然是电绝缘体。并在固体电极和液体电解质之间形成新的材料相。

研究人员还希望使SEI尽可能薄,以便Li +可以快速移动。工程过程要求对SEI和电池材料进行基本的化学和材料研究,以确定确切的性能以及对性能的影响。

根据研究协议,布朗大学将提供某些原子力显微镜分析或数据分析的专业知识,并提供合成工具和原材料来制造硅纳米线和其他待分析的沉积结构。 ARL将提供最先进的电解质,这些电解质将用于原子力显微镜研究的原位研究,并使用其分析工具,包括原位AFM,拉曼光谱仪,X射线光电子光谱学和红外光谱仪。 ARL还将提供原位AFM样品制备和其他类型的表面分析方面的专业知识。

“布朗大学是研究的好伙伴,因为他们在原子力显微镜技术方面具有特定的专业知识。他们改进了一些有趣的技术,这些技术可以使用原子力显微镜来分析表面的机械性能,” Cresce said.

Brown团队是电池研究的新手,以开发这些技术而闻名,这对于ARL来说是一项巨大的利益。陆军团队希望与布朗同行合作,以了解有关在硅和锡阳极表面上形成的SEI的更多信息,随着电池充放电,它们的尺寸会发生显着变化。在这种情况下,SEI必须“breathe”并与电极表面一起移动;否则,它将破裂并作为保护层失效。

ARL在锂离子电池方面取得了一些重大成功,其中包括SEI改性添加剂和依赖于氟化锂SEI的水基锂离子电解质系统。 ARL合成了许多化合物以改变SEI层的化学性质。一种化合物,简称为HFiPP,是一种氟化磷酸异丙醇盐,已在许多类型的锂离子电池中通过SEI改性提高电池性能方面取得了广泛的成功。

“许多外部团体将HFiPP用作其标准研究电解液配方的一部分,因为它对高压锂离子电池寿命有好处,” Cresce said.

“另一项成功是我们的水基锂离子电解质,它几乎完全取决于形成难以渗透的氟化锂SEI层的功能。水基电解质的优点是这种锂离子电池不易燃,消除了对电池着火的担忧,” he explained.

“对于水基电解质,我们正在努力全面表征SEI层,并且我们正竞相探索如何在某些电极(例如碳或锂金属)上制作该层,从而使我们能够在电极上形成4 +伏特水性锂离子电池,” he continued.

“这个想法不是为了安全而牺牲性能。这样的4伏特以上的锂离子水电池与今天的高端商用锂离子电池一样好,而且这种电池永远不会着火,” he said.

有关与ARL合作的机会的信息,请访问ARL开放校园网站,网址为: //www.arl.army.mil/opencampus 以及位于的ARL技术转移门户 //www.arl.army.mil/technologyoutreach/.

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