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3月20日至4月

第108卷,第2号

在国际上认识到她在每年植入患者植入患者的电力发展电力的电力的工作,以斯托尼布鲁克大学和布鲁克霍世国家实验室联合约会,是一个超过150项的多产的发明者。她是2019年西格玛Xi Walston Chubb创新奖的收件人,该奖项于2006年成立了一年一度的奖项。以前的奖励包括工程师Akhlesh Lakhtakia,计算机科学家Rosalind W. Picard,以及材料科学家Stan Ovshinsky。 美国科学家 Robert Frederick与Takeuchi谈到了电池开发的未来,并努力使这些发展的合作发生,包括她自己的实验室,其中三个主要调查人员池资源和专业知识,为如何完成研究生教育和研究创造一个新模式。


植入电池的创新是什么,尚未转移到其他电池类型?

如今,我们熟悉的最占主导地位的电池是手机和计算机中使用的锂离子电池。这些天电池只需要持续大约三年,所以电池的变化如此之快,因为这只要有人保留一个设备。但新类型的应用 - 例如,电动车辆 - 现在预计电池持续10年。对于可能备份电网或与可再生能源相关的电池,例如风电场或太阳能,有时我们期望他们持续15或20年。关于如何延长电池寿命的知识可以通过用于实施医疗电池的一些方法来启发,其中5或10年的寿命是预期的。

摄影:罗伯特弗雷德里克

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是否有特别的方法或工具从医疗电池上采取研究并将其应用于其他电池应用?

了解电池的重要性是它通常不会消耗导致电池的生命结束的活性材料。通常是某种寄生反应。对于精心设计的电池,那些寄生反应很小。但是通过使用诸如 等温微量电流仪,我们可以测量电池产生的热量,虽然它处于活动状态,而在其处于休息状态时。通过仔细分析那些热签名,我们可以确定热量是多少,因为电池的工作或发作热量与寄生热量有多少。这是与那些将最终贡献到服务结束或确定电池的寿命的那些劣化反应相关的寄生热。获得那些特定的寄生反应的洞察力是我从使用与医疗电池相关的方法的多年来得出的东西。但在电池的其他领域,它并不像广泛使用。

是等温微离核的原因由于成本而不是医疗电池应用外部的原因?

这可能是成本。它也可能是速度。这是一种方法,需要一些时间来获得适当的测量,并且还要破译这些测量的意思。例如,纯粹用作质量控制检查可能太慢。因此,它真的是一种研究工具 - 用于整理电池内发生的反应性而不是质量控制工具。也许只是缺乏对工具的知识就是为什么它不比广泛使用。

至于回收电池材料,我理解您的研究小组的重点是在其他问题中,创建可再生电极。是,因为回收电池材料本身是一个科学问题,或者是更好的问题,以便再循环电池材料更便宜?

回收是一个非常重要的问题。如今,非常有效地回收的电池是铅酸电池。但是,当谈到锂离子电池时,它们真的没有非常多地回收,特别是在美国,因为它更像是经济问题。目前的再循环方法真的取决于基本上取决于电池,然后通过溶解在非常强的酸中通过溶解来回收元件。通常用于锂离子电池的元件非常昂贵,并且在经济学方面开始有意义是钴的恢复。

钴的侧面是它在地球上的少数地区开采,最常见于刚果民主共和国的地区,并且有一些关于它如何开采的有质量做法的指控。因此,在锂离子电池中设计钴也有一个相当重大的努力。有趣的部分是钴是在经济上可行的回收的原因。因此,如果未来的锂离子电池缺乏钴,则再次恢复各个组件成为财务挑战。我认为这就是为什么考虑二次使用或再生或重新施加电池变得非常重要。可能在经济上可以以常规方式再循环电池,在那里融化或溶解它或其他东西。我认为我们必须在重新施用和重用整个电池或整个电池方面更具创造力,就像我们在我们的研究中试图这样做,我们已经证明了一个可再生电极,以使整个电池寿命持续时间更长,对环境的影响较小。

您的实验室中有许多并发项目,并提供各种来源的资金。是否有其他项目您想开始但没有带宽或资源?

这是一个非常激动人心的时间,因为应用正在扩展,所以涉及储能。新应用需要有重大需求需求新型电池。然后,每一个新的电池技术,我相信,需要基础的理解 - 我们通过电池工作的方式来掌握掌握的基础知识,机制是什么,并且同样重要的是故障机制。有很多项目,但是有一个统一的主题:我们如何使电池大​​以及我们需要了解和控制哪些参数,以便有效和高效地设计大规模电池?

我们一直专注于那里的三个主题领域。首先是多功能材料,其中材料是λ活性材料,但它们可以服务于其他一些作用。例如,通常活性材料不导电。我们也开发了有一定导电的积极材料。第二部分是我们正在调查电池组件之间的界面稳定性。我们如何控制[电化学]界面?我们如何创建人工接口,而不是仅仅允许它们自发或在电池内部均匀形成?我们追求的第三个区域是具有定义和控制的孔隙度的电极架构[影响电化学反应的速率],以探测定义参数以及最终,我们可以定义和设计理想电极的某些应用。

虽然这些项目中的每一个似乎都是个别项目,但它们是能源前沿研究中心(EFRC)活动的一部分。我们在研究小组和合作伙伴调查员和合作伙伴机构中的努力在使这些举措前进方面发挥了很大的作用。我真的用EFRC计划非常归功于能源部。这是一个足以允许最终,在其他情况下的主要调查人员可能没有机会共同努力。但EFRC并不是那么大,因为它无法以有效的方式管理。

谈到合作伙伴和主要调查人员,您的多学科研究组有多个主要调查人员。这是什么导致组织你的研究群体?

我的丈夫,肯塔努基和Amy Marschilok教授是两个主要调查人员,我一直与之合作。我们决定做的是汇集我们的资源,基本上有一个集体集团,在那里我们共同建议我们的学生和博士后。 Brookhaven国家实验室有两个工作人员,也是我们研究工作的一部分。

通过汇集我们的资源,我们相信学生的利益使他们从我们每个人那里获得真正的特殊和独特的观点。例如,Ken Takeuchi是一个非常广泛的教师,导师,富有洞察力的无机化学家,合成化学家和分析化学家。 Amy Marschilok是专业的先进表征和先进的电化学技术。我的专业知识更加了解系统级别的电池以及如何探测它们,如何控制它们,如何考虑下一代电池。学生通过有机会定期与我们互动,从我们三个人获得透视。它还允许我们以独特的方式推进我们的研究。

我认为我们必须在重新施用和重用整个电池或整个电极方面更具创意,就像我们在我们的研究中试图这样做一样。

我们以非常合作的方式运行我们的小组,学生们在那里彼此合作。我们还在国家实验室的大学将研究项目融入,并在工业支持的研究项目中纳入了这些研究。学习这些不同的环境如何工作和职能使我们的学生和Postdocs在推进自己的领域并能够在对他们有意义的方向上追求自己的职业生涯。他们做好准备,因为他们了解团队科学的概念。这就是科学的未来。这就是问题将如何解决。我们的领域正在超越曾经是一名学生的更传统方法,一个项目,一个主要调查员。我们正在为如何完成研究生教育和研究创造新模式。

我认为也在多样性和包容方面取得进展。当我开始行业的职业生涯时,我记得要去各种技术会议,房间里的女性数量非常有限。正在取得进展,我相信进展是必不可少的,而不仅仅是因为它可能是道德上的事情,而是因为我们需要涉及可以做出贡献的最聪明的思想。我们作为一个社会在我们面前有重大问题和挑战。我们不想任意消除能够为他们的贡献做出贡献的人或他们的背景可能或可能不是什么。

我认为每个人都可能拿着一个拼图。我们试图解决的问题是一个大难题,所以我们需要大家准备和参与他们的作品,所以我们最终可以揭示我们所需要的答案。如果我们留下人,不要鼓励或支持那些有才能追求他们有能力的人的人,填补这些拼图并获得答案会花费更多。因此,我非常赞成培养和鼓励他们的能力中的人 - 他们的特殊礼物 - 所以他们可以参加并为整个社会做出贡献。

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