Hrein og skilvirk orkugeymslutækni er nauðsynleg til að koma á endurnýjanlegum orkuinnviðum.Lithium-ion rafhlöður eru nú þegar ráðandi í rafeindatækjum til einkanota og eru efnilegir frambjóðendur fyrir áreiðanlega geymslu á neti og rafknúnum ökutækjum.Hins vegar er þörf á frekari þróun til að bæta hleðslutíðni þeirra og nothæfan líftíma.
Til að aðstoða við þróun slíkra rafhlaðna sem eru hraðari og endingargóðar þurfa vísindamenn að geta skilið ferlana sem eiga sér stað inni í rekstrarrafhlöðu, til að bera kennsl á takmarkanir á afköstum rafhlöðunnar.Eins og er, krefst þess að sjá virku rafhlöðuefnin eins og þau virka háþróuð synchrotron röntgen- eða rafeindasmásjártækni, sem getur verið erfitt og dýrt, og getur oft ekki myndað nógu hratt til að fanga þær hröðu breytingar sem verða í hraðhleðslu rafskautsefnum.Fyrir vikið er jónavirknin á lengdarkvarða einstakra virkra agna og við viðskiptalega viðeigandi hraðhleðsluhraða enn að mestu órannsökuð.
Vísindamenn við háskólann í Cambridge hafa sigrast á þessu vandamáli með því að þróa ódýra sjónsmásjártækni sem byggir á rannsóknarstofu til að rannsaka litíumjónarafhlöður.Þeir skoðuðu einstakar agnir af Nb14W3O44, sem er meðal hraðvirkustu rafskautaefna til þessa.Sýnilegt ljós er sent inn í rafhlöðuna í gegnum lítinn glerglugga, sem gerir rannsakendum kleift að fylgjast með kraftmiklu ferlinu í virku agnunum, í rauntíma, við raunhæfar aðstæður sem ekki eru í jafnvægi.Þetta leiddi í ljós framhliða litíumstyrkleikahalla sem hreyfðust í gegnum einstakar virku agnirnar, sem leiddi til innri álags sem olli því að sumar agnir brotnuðu.Agnabrot er vandamál fyrir rafhlöður, þar sem það getur leitt til rafmagnsrofs á brotunum, sem dregur úr geymslugetu rafhlöðunnar.„Svona sjálfkrafa atburðir hafa alvarlegar afleiðingar fyrir rafhlöðuna, en aldrei var hægt að fylgjast með þeim í rauntíma áður núna,“ segir meðhöfundur Dr Christoph Schnedermann, frá Cavendish Laboratory í Cambridge.
Hátt afköst getu sjónsmásjártækninnar gerði rannsakendum kleift að greina stóran hóp agna, sem leiddi í ljós að sprungur agna er algengari með meiri hraða afbrota og í lengri ögnum.„Þessar niðurstöður gefa beint viðeigandi hönnunarreglur til að draga úr broti á ögnum og getu dofna í þessum flokki efna,“ segir fyrsti höfundur Alice Merryweather, doktorsnemi við Cavendish rannsóknarstofu og efnafræðideild Cambridge.
Þegar lengra er haldið munu helstu kostir aðferðafræðinnar - þar á meðal hröð gagnaöflun, einkornaupplausn og mikil afköst - gera kleift að kanna frekar hvað gerist þegar rafhlöður bila og hvernig á að koma í veg fyrir það.Tæknin er hægt að beita til að rannsaka næstum hvers kyns rafhlöðuefni, sem gerir það að mikilvægum púsli í þróun næstu kynslóðar rafhlöðu.
Birtingartími: 17. september 2022