Teknika biex tiggwida l-iżvilupp ta 'batteriji tal-ġenerazzjoni li jmiss aktar mgħaġġla u li jdumu aktar

Teknoloġiji nodfa u effiċjenti għall-ħażna tal-enerġija huma essenzjali biex tiġi stabbilita infrastruttura tal-enerġija rinnovabbli.Il-batteriji tal-jone tal-litju diġà huma dominanti f'apparat elettroniku personali, u huma kandidati promettenti għal ħażna affidabbli fil-livell tal-grilja u vetturi elettriċi.Madankollu, huwa meħtieġ aktar żvilupp biex jittejbu r-rati tal-iċċarġjar tagħhom u l-ħajjiet li jistgħu jintużaw.

Biex jgħinu fl-iżvilupp ta 'batteriji b'tali ċċarġjar aktar mgħaġġel u li jdumu itwal, ix-xjenzati jeħtieġ li jkunu kapaċi jifhmu l-proċessi li jseħħu ġewwa batterija operattiva, biex jidentifikaw il-limitazzjonijiet għall-prestazzjoni tal-batterija.Bħalissa, il-viżwalizzazzjoni tal-materjali attivi tal-batterija hekk kif jaħdmu teħtieġ tekniki sofistikati tar-raġġi-X sinkrotron jew tal-mikroskopija elettronika, li jistgħu jkunu diffiċli u għaljin, u ħafna drabi ma jistgħux immaġni malajr biżżejjed biex jaqbdu l-bidliet mgħaġġla li jseħħu f'materjali tal-elettrodi li jiċċarġjaw malajr.Bħala riżultat, id-dinamika tal-joni fuq l-iskala tat-tul ta 'partiċelli attivi individwali u b'rati ta' ċċarġjar mgħaġġel kummerċjalment rilevanti għadha fil-biċċa l-kbira mhux esplorata.

Riċerkaturi fl-Università ta 'Cambridge għelbu din il-problema billi żviluppaw teknika ta' mikroskopija ottika bbażata fuq il-laboratorju bi prezz baxx biex tistudja batteriji tal-jone tal-litju.Huma eżaminaw partiċelli individwali ta 'Nb14W3O44, li huwa fost il-materjali tal-anodi tal-iċċarġjar l-aktar mgħaġġel sal-lum.Dawl viżibbli jintbagħat fil-batterija permezz ta 'tieqa żgħira tal-ħġieġ, li tippermetti lir-riċerkaturi jaraw il-proċess dinamiku fi ħdan il-partiċelli attivi, f'ħin reali, taħt kundizzjonijiet realistiċi ta' mhux ekwilibriju.Dan żvela gradjenti ta 'konċentrazzjoni ta' litju simili fuq quddiem li jiċċaqilqu permezz tal-partiċelli attivi individwali, li jirriżultaw f'tensjoni interna li kkawża li xi partiċelli jinkisru.Il-ksur tal-partiċelli huwa problema għall-batteriji, peress li jista 'jwassal għal skonnessjoni elettrika tal-frammenti, u tnaqqas il-kapaċità tal-ħażna tal-batterija."Avvenimenti spontanji bħal dawn għandhom implikazzjonijiet severi għall-batterija, iżda qatt ma setgħu jiġu osservati f'ħin reali qabel issa," jgħid il-ko-awtur Dr Christoph Schnedermann, mil-Laboratorju Cavendish ta 'Cambridge.

Il-kapaċitajiet ta 'produzzjoni għolja tat-teknika tal-mikroskopija ottika ppermettew lir-riċerkaturi janalizzaw popolazzjoni kbira ta' partiċelli, u żvelaw li l-qsim tal-partiċelli huwa aktar komuni b'rati ogħla ta 'delitju u f'partiċelli itwal."Dawn is-sejbiet jipprovdu prinċipji ta 'disinn applikabbli direttament biex inaqqsu l-ksur tal-partikuli u l-fade tal-kapaċità f'din il-klassi ta' materjali" tgħid l-ewwel awtur Alice Merryweather, kandidat għall-PhD fid-Dipartiment tal-Laboratorju u l-Kimika ta 'Cavendish ta' Cambridge.

Nimxu 'l quddiem, il-vantaġġi ewlenin tal-metodoloġija — inkluż l-akkwist rapidu tad-dejta, ir-riżoluzzjoni ta' partiċella waħda, u l-kapaċitajiet ta' throughput għoli — se jippermettu aktar esplorazzjoni ta 'x'jiġri meta l-batteriji jonqsu u kif jiġi evitat.It-teknika tista 'tiġi applikata biex tistudja kważi kull tip ta' materjal tal-batterija, li jagħmilha biċċa importanti tal-puzzle fl-iżvilupp ta 'batteriji tal-ġenerazzjoni li jmiss.