Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Study Reveals New Factor that could Limit the Life of Hybrid and Electric Car Batteries

13.12.2012
A new study of the batteries commonly used in hybrid and electric-only cars has revealed an unexpected factor that could limit the performance of batteries currently on the road.

Researchers led by Ohio State University engineers examined used car batteries and discovered that over time lithium accumulates beyond the battery electrodes – in the “current collector,” a sheet of copper which facilitates electron transfer between the electrodes and the car’s electrical system.

This knowledge could aid in improving design and performance of batteries, explained Bharat Bhushan, Ohio Eminent Scholar and the Howard D. Winbigler Professor of Mechanical Engineering.

“Our study shows that the copper current collector plays a role in the performance of the battery,” he said.

The study, which appears in a recent issue of the journal Scripta Materialia, reflects an ongoing collaboration between Bhushan and Suresh Babu, professor of materials science and engineering and director of the National Science Foundation Center for Integrative Materials Joining for Energy Applications, headquartered at the university. The team is trying to determine the factors that limit battery life.

Lithium-ion batteries are the rechargeable batteries used in most hybrid-electric cars and all-electric cars as well. Inside, lithium ions shuttle back and forth between the anode and cathode of the battery – to the anode when the battery is charging, and back to the cathode when the battery is discharging.

Previously, the researchers determined that, during aging of the battery, cyclable lithium permanently builds up on the surface of the anode, and the battery loses charge capacity.

This latest study revealed that lithium migrates through the anode to build up on the copper current collector as well.

“We didn’t set out to find lithium in the current collector, so you could say we accidentally discovered it, and how it got there is a bit of a mystery. As far as we know, nobody has ever expected active lithium to migrate inside the current collector,” Bhushan said.

Shrikant Nagpure, now postdoctoral researcher at Ohio State, carried out this research as a part of his doctoral degree. He examined batteries that were aged in collaboration with the university’s Center for Automotive Research, where colleagues Yann Guezennec and Giorgio Rizzoni have studied battery aging for several years, in collaboration with the automotive industry.

Key to the discovery of lithium in the current collector was collaboration between the Ohio State team and Gregory Downing, a research chemist at the National Institute of Standards and Technology and an expert on a technique called neutron depth profiling (NDP), a tool for impurity analysis in materials.

Previously, the researchers used NDP to study the cathodes and anodes of six off-the-shelf lithium-ion car batteries – one new battery and five batteries which they aged themselves in the laboratory – and found that lithium builds up on the anode surface over time.

To understand more about how these batteries degrade, Bhushan and his colleagues have been studying the batteries further, at various scales ranging from the millimeter (millionths of a meter) down to the nanometer (billionths of a meter) with different techniques.

In the NDP technique, researchers pass neutrons through a material and capture the charged particles that emerge from the fission reaction between neutrons and lithium in the electrodes. Since different chemical elements emit a certain signature set of particles with specific energies, NDP can reveal the presence of impurities in a material.

In this latest study, NDP detected the presence of lithium in the copper current collector from one of the aged batteries. The detection was measured as a ratio of the number of copper atoms in the collector to the number of lithium atoms that had collected there. The test yielded a ratio of up to 0.08 percent, or approximately one lithium atom per 1250 copper atoms in the collector.

That’s a small number, but high enough that it could conceivably affect the electrical performance of the current collector – and, in turn, the performance of a battery, Bhushan said. He hopes that battery makers will further investigate this phenomenon and use the information to design new materials that might prevent lithium from escaping the electrode material.

Next, he and his colleagues will study the impedance, or internal electrical resistance, of lithium-ion batteries on the nanoscale.

Funding for this study came from the Institute for Materials Research at Ohio State.

Contact: Bharat Bhushan, (614) 292-0651; Bhushan.2@osu.edu
Written by Pam Frost Gorder, (614) 292-9475; Gorder.1@osu.edu

Pam Frost Gorder | EurekAlert!
Further information:
http://www.osu.edu

More articles from Materials Sciences:

nachricht Meter-sized single-crystal graphene growth becomes possible
22.08.2017 | Science China Press

nachricht Nagoya physicists resolve long-standing mystery of structure-less transition
21.08.2017 | Nagoya University

All articles from Materials Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen