Una tecnica per guidà u sviluppu di batterie di a prossima generazione più veloce è più durabile

Tecnulugie di almacenamentu d'energia pulite è efficienti sò essenziali per stabilisce una infrastruttura di energia rinnuvevule.E batterie di lithium-ion sò digià dominanti in i dispositi elettronici persunali, è sò candidati promettenti per un almacenamentu affidabile à livellu di griglia è veiculi elettrici.Tuttavia, un sviluppu ulteriore hè necessariu per migliurà i so tassi di carica è a vita utilizable.

Per aiutà u sviluppu di tali batterie di carica più veloce è di più durata, i scientisti anu bisognu di pudè capisce i prucessi chì si verificanu in una batteria operativa, per identificà e limitazioni à u rendiment di a batteria.Attualmente, a visualizazione di i materiali attivi di a batteria mentre travaglianu richiede tecniche sofisticate di ragiò X di sincrotrone o di microscopia elettronica, chì ponu esse difficili è caru, è spessu ùn ponu micca imagine abbastanza rapidamente per catturà i cambiamenti rapidi chì si verificanu in i materiali di l'elettrodi di carica rapida.In u risultatu, a dinamica ionica nantu à a scala di lunghezza di particelle attive individuali è à i tassi di carica rapida pertinenti per u cummerciale resta largamente inesplorata.

I ricercatori di l'Università di Cambridge anu superatu stu prublema sviluppendu una tecnica di microscopia ottica basata in laboratori à pocu costu per studià e batterie di lithium-ion.Hanu esaminatu particelle individuali di Nb14W3O44, chì hè trà i materiali di l'anodu di carica più veloce finu à a data.A luce visibile hè mandata in a bateria attraversu una piccula finestra di vetru, chì permette à i circadori di fighjà u prucessu dinamicu in e particelle attive, in tempu reale, in cundizioni realistiche senza equilibriu.Questu hà revelatu gradienti di cuncentrazione di litiu simili à u fronti chì si movenu attraversu e particelle attive individuali, risultannu in una tensione interna chì hà causatu a frattura di alcune particelle.A frattura di particella hè un prublema per e batterie, postu chì pò purtà à a disconnectioni elettrica di i frammenti, riducendu a capacità di almacenamento di a bateria."Questi avvenimenti spontanei anu implicazioni severi per a batteria, ma ùn puderanu mai esse osservati in tempu reale prima di avà", dice u coautore Dr Christoph Schnedermann, da u Laboratoriu Cavendish di Cambridge.

E capacità d'alta produzzione di a tecnica di microscopia ottica hà permessu à i circadori di analizà una grande populazione di particelle, chì palesanu chì u cracking di particelle hè più cumuni cù tassi più alti di delithiation è in particeddi più longu."Questi risultati furniscenu principii di cuncepimentu direttamente applicabili per riduce a frattura di particelle è a capacità di dissolvenza in questa classe di materiali", dice Alice Merryweather, prima autrice, candidata à u PhD à u Laboratoriu Cavendish è u Dipartimentu di Chimica di Cambridge.

Avanzate, i vantaghji chjave di a metodulugia - cumprese l'acquisizione rapida di dati, a risoluzione di una sola particella, è e capacità di produzzione elevate - permetteranu più esplorazione di ciò chì succede quandu e batterie fallenu è cumu impediscenu.A tecnica pò esse appiicata à studià quasi ogni tipu di materiale di batterie, facendu un pezzu impurtante di u puzzle in u sviluppu di batterie di a prossima generazione.