Čiste i efikasne tehnologije skladištenja energije ključne su za uspostavljanje infrastrukture obnovljive energije.Litijum-jonske baterije su već dominantne u ličnim elektronskim uređajima i obećavajuće kandidate za pouzdano skladištenje na nivou mreže i električna vozila.Međutim, potreban je dalji razvoj kako bi se poboljšale njihove stope punjenja i vijek trajanja.
Da bi pomogli razvoj takvih baterija koje se brže pune i dugotrajnije, naučnici moraju biti u stanju razumjeti procese koji se odvijaju unutar baterije koja radi, kako bi identificirali ograničenja za performanse baterije.Trenutno, vizualizacija aktivnih materijala baterija dok oni rade zahtijevaju sofisticirane tehnike sinhrotronskog rendgenskog zraka ili elektronske mikroskopije, što može biti teško i skupo, a često ne može dovoljno brzo da se snimi brze promjene koje se događaju u materijalima elektroda koje se brzo pune.Kao rezultat toga, dinamika jona na skali dužine pojedinačnih aktivnih čestica i pri komercijalno relevantnim brzinama brzog punjenja ostaje uglavnom neistražena.
Istraživači sa Univerziteta u Kembridžu su prevazišli ovaj problem razvojem jeftine laboratorijske tehnike optičke mikroskopije za proučavanje litijum-jonskih baterija.Ispitivali su pojedinačne čestice Nb14W3O44, koji je jedan od najbrže napunjenih anodnih materijala do sada.Vidljiva svjetlost se šalje u bateriju kroz mali stakleni prozor, omogućavajući istraživačima da posmatraju dinamički proces unutar aktivnih čestica, u realnom vremenu, pod realističnim neravnotežnim uslovima.Ovo je otkrilo gradijente koncentracije litijuma koji se kreću kroz pojedinačne aktivne čestice, što je rezultiralo unutrašnjim naprezanjem koje je uzrokovalo lom nekih čestica.Fraktura čestica je problem za baterije, jer može dovesti do električnog odvajanja fragmenata, smanjujući kapacitet baterije.„Takvi spontani događaji imaju ozbiljne implikacije na bateriju, ali do sada se nikada nisu mogli posmatrati u realnom vremenu“, kaže koautor dr Christoph Schnedermann iz Kembridž laboratorije Cavendish.
Mogućnosti visoke propusnosti tehnike optičke mikroskopije omogućile su istraživačima da analiziraju veliku populaciju čestica, otkrivajući da je pucanje čestica češće s većim stopama delitacije i kod dužih čestica.“Ovi nalazi pružaju direktno primjenjive principe dizajna za smanjenje loma čestica i blijeđenja kapaciteta u ovoj klasi materijala”, kaže prva autorica Alice Merryweather, doktorantica u Kembridž Laboratoriji i Hemijskom odjeljenju.
Napred, ključne prednosti metodologije — uključujući brzo prikupljanje podataka, rezoluciju jedne čestice i visoke mogućnosti protoka — omogućit će dalje istraživanje onoga što se dešava kada baterije pokvare i kako to spriječiti.Tehnika se može primijeniti za proučavanje gotovo bilo koje vrste materijala za baterije, što je čini važnim dijelom slagalice u razvoju baterija sljedeće generacije.
Vrijeme objave: Sep-17-2022