Чыстыя і эфектыўныя тэхналогіі захоўвання энергіі неабходныя для стварэння інфраструктуры аднаўляльных крыніц энергіі.Літый-іённыя акумулятары ўжо дамінуюць у персанальных электронных прыладах і з'яўляюцца перспектыўнымі кандыдатамі для надзейных назапашвальнікаў на ўзроўні сеткі і электрамабіляў.Аднак неабходныя далейшыя распрацоўкі, каб палепшыць іх хуткасць зарадкі і тэрмін службы.
Каб дапамагчы ў распрацоўцы такіх акумулятараў з больш хуткай зарадкай і працяглым тэрмінам службы, навукоўцы павінны быць у стане зразумець працэсы, якія адбываюцца ўнутры акумулятара, які працуе, каб вызначыць абмежаванні прадукцыйнасці акумулятара.У цяперашні час візуалізацыя актыўных матэрыялаў батарэі падчас іх працы патрабуе складаных метадаў сінхратроннага рэнтгенаўскага выпраменьвання або электроннай мікраскапіі, якія могуць быць цяжкімі і дарагімі, і часта не могуць выявіць дастаткова хутка, каб зафіксаваць хуткія змены, якія адбываюцца ў матэрыялах электродаў з хуткай зарадкай.У выніку дынаміка іёнаў у маштабе даўжыні асобных актыўных часціц і пры камерцыйна значных хуткасцях зарадкі застаецца ў значнай ступені недаследаванай.
Даследчыкі з Кембрыджскага ўніверсітэта пераадолелі гэтую праблему, распрацаваўшы недарагую лабараторную тэхніку аптычнай мікраскапіі для вывучэння літый-іённых батарэй.Яны даследавалі асобныя часціцы Nb14W3O44, які з'яўляецца адным з самых хутка зараджаных анодных матэрыялаў на сённяшні дзень.Бачнае святло паступае ў батарэю праз невялікае шкляное акно, што дазваляе даследчыкам назіраць за дынамічнымі працэсамі ў актыўных часціцах у рэжыме рэальнага часу ў рэалістычных нераўнаважных умовах.Гэта выявіла франтальныя градыенты канцэнтрацыі літыя, якія рухаюцца праз асобныя актыўныя часціцы, што прыводзіць да ўнутранага напружання, якое выклікае разбурэнне некаторых часціц.Разлом часціц з'яўляецца праблемай для акумулятараў, паколькі можа прывесці да электрычнага адключэння аскепкаў, памяншаючы ёмістасць акумулятара."Такія спантанныя падзеі маюць сур'ёзныя наступствы для акумулятара, але ніколі не маглі назірацца ў рэальным часе раней", - кажа суаўтар доктар Крыстаф Шнэдэрман з Кавендышскай лабараторыі Кембрыджа.
Высокапрадукцыйныя магчымасці метаду аптычнай мікраскапіі дазволілі даследчыкам прааналізаваць вялікую папуляцыю часціц, выявіўшы, што расколіны часціц часцей сустракаюцца пры больш высокіх хуткасцях раздзялення і ў больш доўгіх часціцах."Гэтыя высновы даюць непасрэдна прыдатныя прынцыпы распрацоўкі для памяншэння разбурэння часціц і знікнення ёмістасці ў гэтым класе матэрыялаў", - кажа першы аўтар Аліса Мерывезер, кандыдат у доктарскую ступень Кавендышскай лабараторыі і хімічнага факультэта Кембрыджа.
У далейшым асноўныя перавагі гэтай метадалогіі — у тым ліку хуткі збор даных, разрозненне асобных часціц і магчымасці высокай прапускной здольнасці — дазволяць далейшае вывучэнне таго, што адбываецца, калі батарэі выходзяць з ладу і як гэтага прадухіліць.Тэхніка можа прымяняцца для вывучэння практычна любога тыпу матэрыялу батарэі, што робіць яе важнай часткай галаваломкі ў распрацоўцы батарэй наступнага пакалення.
Час публікацыі: 17 верасня 2022 г