Чисте и ефикасне технологије складиштења енергије су од суштинског значаја за успостављање инфраструктуре обновљиве енергије.Литијум-јонске батерије већ доминирају у личним електронским уређајима и обећавају кандидати за поуздано складиштење на нивоу мреже и електрична возила.Међутим, потребан је даљи развој како би се побољшале њихове стопе пуњења и век трајања.
Да би помогли развој таквих батерија које се брже пуне и дуготрајније, научници морају да буду у стању да разумеју процесе који се дешавају у радној батерији, да идентификују ограничења за перформансе батерије.Тренутно, визуелизација активних материјала батерија док они раде захтевају софистициране технике синхротронског рендгенског зрака или електронске микроскопије, које могу бити тешке и скупе, а често не могу да сниме довољно брзо да би се ухватиле брзе промене које се дешавају у материјалима електрода који се брзо пуне.Као резултат тога, динамика јона на скали дужине појединачних активних честица и при комерцијално релевантним брзинама брзог пуњења остаје углавном неистражена.
Истраживачи са Универзитета у Кембриџу су превазишли овај проблем тако што су развили јефтину лабораторијску технику оптичке микроскопије за проучавање литијум-јонских батерија.Испитивали су појединачне честице Нб14В3О44, који је међу најбржим анодним материјалима до сада.Видљива светлост се шаље у батерију кроз мали стаклени прозор, омогућавајући истраживачима да посматрају динамички процес унутар активних честица, у реалном времену, под реалистичним неравнотежним условима.Ово је открило предње градијенте концентрације литијума који се крећу кроз појединачне активне честице, што је резултирало унутрашњим напрезањем које је узроковало ломљење неких честица.Лом честица је проблем за батерије, јер може довести до електричног одвајања фрагмената, смањујући капацитет батерије.„Такви спонтани догађаји имају озбиљне импликације на батерију, али никада до сада нису могли да се посматрају у реалном времену“, каже коаутор др Кристоф Шнедерман из Кембриџ лабораторије Кевендиш.
Могућности високе пропусности технике оптичке микроскопије омогућиле су истраживачима да анализирају велику популацију честица, откривајући да је пуцање честица чешће са већим стопама делитације и код дужих честица.„Ови налази пружају директно применљиве принципе дизајна за смањење ломљења честица и бледења капацитета у овој класи материјала“, каже прва ауторка Алице Мерривеатхер, докторантка у Кембриџ лабораторији и одељењу за хемију.
Напред, кључне предности методологије — укључујући брзо прикупљање података, резолуцију једне честице и велике могућности протока — омогућиће даље истраживање шта се дешава када батерије покваре и како то спречити.Техника се може применити на проучавање готово било које врсте материјала за батерије, што је чини важним делом слагалице у развоју батерија следеће генерације.
Време поста: 17.09.2022