Isang pamamaraan upang gabayan ang pagbuo ng mas mabilis at mas matagal na susunod na henerasyong mga baterya

Ang malinis at mahusay na mga teknolohiya sa pag-iimbak ng enerhiya ay mahalaga sa pagtatatag ng isang nababagong imprastraktura ng enerhiya.Ang mga bateryang Lithium-ion ay nangingibabaw na sa mga personal na elektronikong aparato, at nangangako ng mga kandidato para sa maaasahang imbakan sa antas ng grid at mga de-kuryenteng sasakyan.Gayunpaman, kailangan ang karagdagang pag-unlad upang mapabuti ang kanilang mga rate ng pagsingil at magagamit na buhay.

Upang matulungan ang pagbuo ng mga naturang baterya na mas mabilis na nagcha-charge at mas matagal, kailangang maunawaan ng mga siyentipiko ang mga prosesong nagaganap sa loob ng isang nagpapatakbong baterya, upang matukoy ang mga limitasyon sa pagganap ng baterya.Sa kasalukuyan, ang pag-visualize sa mga aktibong materyal ng baterya habang gumagana ang mga ito ay nangangailangan ng mga sopistikadong synchrotron X-ray o electron microscopy techniques, na maaaring mahirap at magastos, at kadalasan ay hindi sapat ang mabilis na pag-picture upang makuha ang mabilis na pagbabagong nagaganap sa fast-charging electrode materials.Bilang resulta, ang dynamics ng ion sa haba-scale ng mga indibidwal na aktibong particle at sa mga rate ng mabilis na pagsingil na nauugnay sa komersyo ay nananatiling hindi ginagalugad.

Nalampasan ng mga mananaliksik sa Unibersidad ng Cambridge ang problemang ito sa pamamagitan ng pagbuo ng murang lab-based na optical microscopy technique upang pag-aralan ang mga baterya ng lithium-ion.Sinuri nila ang mga indibidwal na particle ng Nb14W3O44, na isa sa pinakamabilis na nagcha-charge ng anode materials hanggang sa kasalukuyan.Ang nakikitang liwanag ay ipinapadala sa baterya sa pamamagitan ng isang maliit na salamin na bintana, na nagbibigay-daan sa mga mananaliksik na panoorin ang dynamic na proseso sa loob ng mga aktibong particle, sa real time, sa ilalim ng makatotohanang mga kundisyon na hindi balanse.Nagpakita ito ng mga gradient ng lithium-concentration sa harap na gumagalaw sa mga indibidwal na aktibong particle, na nagreresulta sa panloob na strain na nagdulot ng pagkabali ng ilang particle.Ang particle fracture ay isang problema para sa mga baterya, dahil maaari itong humantong sa electrical disconnection ng mga fragment, na binabawasan ang kapasidad ng imbakan ng baterya."Ang ganitong mga spontaneous na kaganapan ay may malubhang implikasyon para sa baterya, ngunit hindi kailanman maaaring maobserbahan sa real time bago ngayon," sabi ng co-author na si Dr Christoph Schnedermann, mula sa Cavendish Laboratory ng Cambridge.

Ang mga high-throughput na kakayahan ng optical microscopy technique ay nagbigay-daan sa mga mananaliksik na suriin ang isang malaking populasyon ng mga particle, na nagpapakita na ang particle crack ay mas karaniwan sa mas mataas na rate ng delithiation at sa mas mahabang particle."Ang mga natuklasang ito ay nagbibigay ng direktang naaangkop na mga prinsipyo sa disenyo upang mabawasan ang pagkabali ng butil at paghina ng kapasidad sa klase ng mga materyales na ito" sabi ng unang may-akda na si Alice Merryweather, isang kandidato sa PhD sa Cavendish Laboratory and Chemistry Department ng Cambridge.

Sa pasulong, ang mga pangunahing bentahe ng pamamaraan — kabilang ang mabilis na pagkuha ng data, solong-particle resolution, at mataas na kakayahan sa throughput — ay magbibigay-daan sa karagdagang pag-explore kung ano ang mangyayari kapag nabigo ang mga baterya at kung paano ito mapipigilan.Ang pamamaraan ay maaaring ilapat upang pag-aralan ang halos anumang uri ng materyal ng baterya, na ginagawa itong isang mahalagang piraso ng palaisipan sa pagbuo ng mga susunod na henerasyong baterya.