Teknologi penyimpanan tenaga yang bersih dan cekap adalah penting untuk mewujudkan infrastruktur tenaga boleh diperbaharui.Bateri litium-ion sudah pun dominan dalam peranti elektronik peribadi, dan menjanjikan calon untuk storan tahap grid dan kenderaan elektrik yang boleh dipercayai.Walau bagaimanapun, pembangunan lanjut diperlukan untuk meningkatkan kadar pengecasan dan jangka hayat yang boleh digunakan.
Untuk membantu pembangunan bateri yang dicas lebih pantas dan tahan lebih lama, saintis perlu dapat memahami proses yang berlaku di dalam bateri yang beroperasi, untuk mengenal pasti batasan prestasi bateri.Pada masa ini, memvisualisasikan bahan bateri aktif semasa ia berfungsi memerlukan teknik sinar-X atau mikroskop elektron segerak yang canggih, yang boleh menjadi sukar dan mahal, dan selalunya tidak dapat imej dengan cukup pantas untuk menangkap perubahan pantas yang berlaku dalam bahan elektrod pengecasan pantas.Akibatnya, dinamik ion pada skala panjang zarah aktif individu dan pada kadar pengecasan pantas yang berkaitan secara komersial masih belum diterokai.
Penyelidik di Universiti Cambridge telah mengatasi masalah ini dengan membangunkan teknik mikroskop optik berasaskan makmal kos rendah untuk mengkaji bateri litium-ion.Mereka memeriksa zarah individu Nb14W3O44, yang merupakan antara bahan anod pengecasan terpantas setakat ini.Cahaya yang boleh dilihat dihantar ke dalam bateri melalui tingkap kaca kecil, membolehkan para penyelidik melihat proses dinamik dalam zarah aktif, dalam masa nyata, di bawah keadaan bukan keseimbangan yang realistik.Ini mendedahkan kecerunan kepekatan litium seperti hadapan yang bergerak melalui zarah aktif individu, mengakibatkan ketegangan dalaman yang menyebabkan beberapa zarah patah.Patah zarah adalah masalah untuk bateri, kerana ia boleh menyebabkan pemotongan elektrik serpihan, mengurangkan kapasiti penyimpanan bateri."Peristiwa spontan seperti itu mempunyai implikasi yang teruk untuk bateri, tetapi tidak boleh diperhatikan dalam masa nyata sebelum ini," kata pengarang bersama Dr Christoph Schnedermann, dari Makmal Cavendish Cambridge.
Keupayaan pemprosesan tinggi teknik mikroskop optik membolehkan para penyelidik menganalisis populasi zarah yang besar, mendedahkan bahawa keretakan zarah adalah lebih biasa dengan kadar delitiasi yang lebih tinggi dan dalam zarah yang lebih panjang."Penemuan ini menyediakan prinsip reka bentuk yang boleh digunakan secara langsung untuk mengurangkan patah zarah dan kapasiti pudar dalam kelas bahan ini" kata pengarang pertama Alice Merryweather, calon PhD di Makmal dan Kimia Cavendish Cambridge.
Melangkah ke hadapan, kelebihan utama metodologi - termasuk pemerolehan data pantas, resolusi zarah tunggal dan keupayaan pemprosesan yang tinggi - akan membolehkan penerokaan selanjutnya tentang perkara yang berlaku apabila bateri gagal dan cara untuk menghalangnya.Teknik ini boleh digunakan untuk mengkaji hampir semua jenis bahan bateri, menjadikannya satu bahagian penting dalam teka-teki dalam pembangunan bateri generasi akan datang.
Masa siaran: Sep-17-2022