Një teknikë për të udhëhequr zhvillimin e baterive më të shpejta dhe më të gjata të gjeneratës së ardhshme

Teknologjitë e pastra dhe efikase të ruajtjes së energjisë janë thelbësore për krijimin e një infrastrukture të energjisë së rinovueshme.Bateritë litium-jon janë tashmë dominuese në pajisjet elektronike personale dhe janë kandidatë premtues për ruajtje të besueshme në nivel rrjeti dhe automjete elektrike.Megjithatë, nevojitet zhvillim i mëtejshëm për të përmirësuar normat e tarifimit dhe jetëgjatësinë e tyre të përdorshme.

Për të ndihmuar zhvillimin e baterive të tilla me karikim më të shpejtë dhe më të gjatë, shkencëtarët duhet të jenë në gjendje të kuptojnë proceset që ndodhin brenda një baterie që funksionon, për të identifikuar kufizimet në performancën e baterisë.Aktualisht, vizualizimi i materialeve aktive të baterisë ndërsa funksionojnë kërkon teknika të sofistikuara me rreze X sinkrotron ose mikroskop elektronik, të cilat mund të jenë të vështira dhe të shtrenjta, dhe shpesh nuk mund të imazhojnë aq shpejt sa për të kapur ndryshimet e shpejta që ndodhin në materialet e elektrodave me karikim të shpejtë.Si rezultat, dinamika e joneve në shkallën e gjatësisë së grimcave aktive individuale dhe në ritmet e ngarkimit të shpejtë komercialisht mbetet kryesisht e paeksploruar.

Studiuesit në Universitetin e Kembrixhit e kanë kapërcyer këtë problem duke zhvilluar një teknikë të mikroskopisë optike të bazuar në laborator me kosto të ulët për të studiuar bateritë litium-jon.Ata ekzaminuan grimcat individuale të Nb14W3O44, e cila është ndër materialet anode që karikojnë më shpejt deri më sot.Drita e dukshme dërgohet në bateri përmes një dritareje të vogël xhami, duke i lejuar studiuesit të shikojnë procesin dinamik brenda grimcave aktive, në kohë reale, në kushte realiste jo ekuilibri.Kjo zbuloi gradientë të përqendrimit të litiumit në formë të përparme që lëviznin nëpër grimcat aktive individuale, duke rezultuar në tendosje të brendshme që shkaktoi thyerjen e disa grimcave.Thyerja e grimcave është një problem për bateritë, pasi mund të çojë në shkëputjen elektrike të fragmenteve, duke zvogëluar kapacitetin e ruajtjes së baterisë.“Ngjarje të tilla spontane kanë implikime të rënda për baterinë, por kurrë nuk mund të vëzhgoheshin në kohë reale më parë”, thotë bashkëautori Dr Christoph Schnedermann, nga Laboratori Cavendish i Kembrixhit.

Aftësitë e performancës së lartë të teknikës së mikroskopisë optike u mundësuan studiuesve të analizonin një popullatë të madhe grimcash, duke zbuluar se plasaritja e grimcave është më e zakonshme me shkallë më të lartë delitiation dhe në grimca më të gjata."Këto gjetje ofrojnë parime të projektimit të zbatueshme drejtpërdrejt për të reduktuar thyerjen e grimcave dhe zbehjen e kapacitetit në këtë klasë materialesh", thotë autorja e parë Alice Merryweather, një kandidate për doktoraturë në Departamentin e Laboratorit dhe Kimisë në Cavendish të Kembrixhit.

Duke ecur përpara, avantazhet kryesore të metodologjisë - duke përfshirë marrjen e shpejtë të të dhënave, rezolucionin me një grimcë të vetme dhe aftësitë e xhiros së lartë - do të mundësojnë eksplorimin e mëtejshëm të asaj që ndodh kur bateritë dështojnë dhe si ta parandaloni atë.Teknika mund të aplikohet për të studiuar pothuajse çdo lloj materiali baterie, duke e bërë atë një pjesë të rëndësishme të enigmës në zhvillimin e baterive të gjeneratës së ardhshme.