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Amartya Mukhopadhyay教授获2021年Swarnajayanti奖学金,以表彰他对下一代可充电电池的贡献

  • Amartya Mukhopadhyay教授,2020-21年斯瓦纳贾安蒂奖学金获得者

教授. Amartya Mukhopadhyay获得著名的2021年斯瓦纳贾安蒂奖学金

政府科学技术部. 在印度,创立了 Swarnajayanti 奖学金计划 纪念印度独立50周年. 每年, 一些杰出的年轻科学家被授予奖学金,因为他们在生物学的应用或基础领域有杰出的研究, 化学, 环境科学, 工程, 数学, 医学和物理学. 

来自冶金工程和材料科学系的Amartya Mukhopadhyay教授, 印度孟买理工学院, 孟买, 是否获得了2021年的奖学金, 感谢他对工程科学领域的贡献. 斯瓦纳贾安蒂奖学金带有r. 25,000/-每月津贴和研究补助金,为期五年. 他还获得了其他几个奖项和认可, 值得注意的是, 被英国皇家化学学会(英国)期刊认可为“2019年新兴研究人员”之一,并获得印度国家工程学院(INAE)的青年工程师奖. 也, 他曾与人合著一本教材《97彩票登录》. 

Mukhopadhyay教授领导着 印度理工学院高温与能源材料实验室 Bombay. 他在寻找新的活性合金设计锂离子和钠离子电池阳极的开创性研究中发挥了重要作用. “97彩票登录的目标是做得更好, 健壮的, 用于高级应用的长效可充电电池, 比如电动汽车的电池和可再生能源的储能电池,”他说. 

任务创新印度, 中国正在努力减少使用化石燃料发电,并鼓励使用这些先进电池的环保电动汽车. Mukhopadhyay教授说, 为了在这些方向上实现现实的解决方案,这些电池需要克服几个设计挑战. These advanced applications of batteries necessitate improvements in various factors: the energy stored per unit mass/volume (the energy density); fast uptake/delivery of the stored energy (power density), 特别是 for electric vehicles; enhancing the longevity of the battery without degradation during the operation cycles; and safety aspects.

Mukhopadhyay教授的团队正在积极研究新的解决方案, 其中之一是专注于设计新的合金材料,以减少锂离子电池系统中的锂镀层和“枝晶”的形成, 从而提高了电池的安全性方面. 除了, 他们努力提高电池的储能能力, 快速充电的可能性(在几分钟内)和电池寿命.  

锂离子电池由两个电极组成,电极之间由悬浮在液体电解质中的薄膜隔开. 阴极通常由锂过渡金属氧化物基化合物制成,并从其晶格(晶体结构)中生成锂离子。. 阳极材料是石墨碳,它也可以将离子储存在其晶格中. 负极材料的结构和化学性质是这样的,进入的锂离子会在晶格空间中嵌入和移位(这个过程称为 夹层). 正负极载流端子连接到产生电流的电极上. 

 A graphic representation of the lithium-ion battery (L); lab-scale testing of the next-generation battery (images courtesy, Mukhopadhyay教授)

在充电周期中, 阴极产生锂离子,锂离子穿过隔膜,并滞留在阳极的晶格中. 电子穿过外部电路,为电池充电. 在放电循环中, 相反的情况, 然后锂离子回到阴极进行化学结合. 

现有的锂离子电池系统存在一些固有的缺陷, 如电池寿命短(由于电池元件退化), 慢速充电/放电率, 电池可能短路(造成操作和安全危险)和使用易燃和危险化学品. 当前电池系统所面临的问题在于所使用的材料及其运行条件, Mukhopadhyay教授说. 快速的充放电循环会使材料在结构上不稳定, 特别是, 如果97彩票登录试着把更多的锂从阴极晶格中抽出来然后把更多的锂推到阳极晶格中. 它还会加剧电池密闭空间中的机械应力. 这些因素会使电池在每次充放电循环中迅速退化,”他补充道. 

这种电池的另一个缺点是锂离子往往倾向于在阳极一侧的石墨碳电极上电镀, 特别是在快速充电的情况下. 结果,沉积物形成了被称为枝晶的尖状结构. 随着时间的推移, 树突生长,它们尖尖的尖端可以到达分离器, 穿透它, 可能导致电池内部短路. 

Mukhopadhyay教授说, 到目前为止, 自从锂离子电池被开发出来, 大部分的改进都发生在阴极一侧, 阳极上几乎没有. 然而,他们在阳极上解决了挑战. “97彩票登录正在设计和开发可以显著提高储能能力的特殊合金, 允许更快地吸收/输送电荷,同时防止/减少锂枝晶形成. 这也将使即将到来的钠离子电池系统得到广泛成功的开发,”他补充道. 

该教授表示,目前锂离子电池和钠离子电池的研究正处于TRL 4(技术成熟度水平)阶段. 这意味着他们已经设计了实验室规模的工作原型来测试他们的研究成果. 这笔奖学金将使他能够将研究扩大到下一个层次:建立一个行业模型. 他的机构和部门与行业密切合作, 平衡工程科学的学术和实验方面. 

文章写的

Susheela

图像/图形信贷

 

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