Tīras un efektīvas enerģijas uzglabāšanas tehnoloģijas ir būtiskas atjaunojamās enerģijas infrastruktūras izveidē.Litija jonu akumulatori jau dominē personālajās elektroniskajās ierīcēs un ir daudzsološi kandidāti uzticamai tīkla līmeņa uzglabāšanai un elektriskajiem transportlīdzekļiem.Tomēr ir nepieciešama turpmāka attīstība, lai uzlabotu to uzlādes ātrumu un lietošanas ilgumu.
Lai palīdzētu izstrādāt šādus ātrāk uzlādējamus un ilgstošākus akumulatorus, zinātniekiem ir jāspēj izprast darbības akumulatorā notiekošos procesus, lai noteiktu akumulatora darbības ierobežojumus.Pašlaik, lai vizualizētu aktīvo akumulatoru materiālu darbību, ir nepieciešamas sarežģītas sinhrotronu rentgenstaru vai elektronu mikroskopijas metodes, kas var būt sarežģītas un dārgas, un bieži vien nevar pietiekami ātri uzņemt attēlu, lai fiksētu straujās izmaiņas, kas notiek ātrās uzlādes elektrodu materiālos.Rezultātā jonu dinamika atsevišķu aktīvo daļiņu garuma skalā un komerciāli nozīmīgos ātrās uzlādes ātrumos joprojām ir lielā mērā neizpētīta.
Kembridžas universitātes pētnieki ir pārvarējuši šo problēmu, izstrādājot zemu izmaksu laboratorijā balstītu optiskās mikroskopijas tehniku litija jonu akumulatoru pētīšanai.Viņi pārbaudīja atsevišķas Nb14W3O44 daļiņas, kas līdz šim ir viens no ātrākajiem uzlādes anoda materiāliem.Redzama gaisma tiek nosūtīta akumulatorā caur nelielu stikla logu, ļaujot pētniekiem reāllaikā vērot dinamisko procesu aktīvajās daļiņās reālos nelīdzsvarotos apstākļos.Tas atklāja frontei līdzīgus litija koncentrācijas gradientus, kas pārvietojas pa atsevišķām aktīvajām daļiņām, kā rezultātā radās iekšēja spriedze, kas izraisīja dažu daļiņu lūzumu.Daļiņu lūzums ir problēma akumulatoriem, jo tas var izraisīt fragmentu elektrisko atvienošanu, samazinot akumulatora uzglabāšanas jaudu."Šādiem spontāniem notikumiem ir nopietna ietekme uz akumulatoru, taču līdz šim tos nekad nevarēja novērot reāllaikā," saka līdzautors Dr Christoph Schnedermann no Kembridžas Cavendish laboratorijas.
Optiskās mikroskopijas tehnikas augstas caurlaidības iespējas ļāva pētniekiem analizēt lielu daļiņu populāciju, atklājot, ka daļiņu plaisāšana ir biežāka ar augstāku delitiācijas ātrumu un garākām daļiņām."Šie atklājumi nodrošina tieši piemērojamus projektēšanas principus, lai samazinātu daļiņu lūzumu un jaudas izbalēšanu šajā materiālu klasē," saka pirmā autore Alise Merivezere, doktora grāda kandidāte Kembridžas Kavendišas laboratorijas un ķīmijas nodaļā.
Turpinot virzību uz priekšu, metodoloģijas galvenās priekšrocības, tostarp ātra datu iegūšana, vienas daļiņas izšķirtspēja un lielas caurlaidspējas iespējas, ļaus tālāk izpētīt, kas notiek, ja baterijas sabojājas, un kā to novērst.Šo paņēmienu var izmantot, lai pētītu gandrīz jebkura veida akumulatoru materiālu, padarot to par svarīgu mīklas daļu nākamās paaudzes akumulatoru izstrādē.
Izlikšanas laiks: 17. septembris 2022