Чистите и ефикасни технологии за складирање на енергија се од суштинско значење за воспоставување инфраструктура за обновлива енергија.Литиум-јонските батерии се веќе доминантни во личните електронски уреди и се ветувачки кандидати за сигурно складирање на ниво на мрежа и електрични возила.Сепак, потребен е дополнителен развој за да се подобрат нивните стапки на полнење и употребливиот век на траење.
За да помогнат во развојот на такви батерии со побрзо полнење и подолготрајност, научниците треба да бидат способни да ги разберат процесите што се случуваат во батеријата што работи, за да ги идентификуваат ограничувањата за перформансите на батеријата.Во моментов, визуелизацијата на активните материјали од батерии додека тие работат бара софистицирани техники на синхротронска рендгенска снимка или електронска микроскопија, кои може да бидат тешки и скапи и честопати не можат да се сликаат доволно брзо за да се доловат брзите промени што се случуваат во материјалите на електродите со брзо полнење.Како резултат на тоа, јонската динамика на скалата на должината на поединечните активни честички и на комерцијално релевантните стапки на брзо полнење останува во голема мера неистражена.
Истражувачите од Универзитетот во Кембриџ го надминаа овој проблем со развивање на евтина лабораториска техника за оптичка микроскопија за проучување на литиум-јонски батерии.Тие испитуваа поединечни честички на Nb14W3O44, кој е меѓу најбрзо полнење анодни материјали до денес.Видлива светлина се испраќа во батеријата преку мал стаклен прозорец, овозможувајќи им на истражувачите да го следат динамичкиот процес во активните честички, во реално време, под реални услови на нерамнотежа.Ова откри предни градиенти со концентрација на литиум кои се движат низ поединечните активни честички, што резултира со внатрешно напрегање што предизвикало фрактура на некои честички.Фрактурата на честички е проблем за батериите, бидејќи може да доведе до електрично исклучување на фрагментите, намалувајќи го капацитетот за складирање на батеријата.„Ваквите спонтани настани имаат сериозни импликации за батеријата, но никогаш досега не можеа да се забележат во реално време“, вели коавторот д-р Кристоф Шнедерман, од лабораторијата Кевендиш во Кембриџ.
Способностите на техниката на оптичката микроскопија им овозможија на истражувачите да анализираат голема популација на честички, откривајќи дека пукањето на честичките е почеста кај повисоките стапки на делитијација и кај подолгите честички.„Овие наоди обезбедуваат директно применливи принципи на дизајнирање за да се намали фрактурата на честичките и бледнеењето на капацитетот во оваа класа материјали“, вели првата авторка Алис Мериведер, кандидат за докторат во Кавендиш лабораторија и хемиски оддел во Кембриџ.
Одејќи напред, клучните предности на методологијата - вклучувајќи брзо стекнување податоци, резолуција со една честичка и можности за висока пропусна моќ - ќе овозможат понатамошно истражување за тоа што се случува кога батериите ќе откажат и како да се спречи тоа.Техниката може да се примени за проучување на речиси секој тип на материјал за батерии, што го прави важен дел од сложувалката во развојот на батериите од следната генерација.
Време на објавување: 17-ти септември 2022 година