Temiz ve verimli enerji depolama teknolojileri, yenilenebilir bir enerji altyapısının kurulması için gereklidir.Lityum-iyon piller kişisel elektronik cihazlarda halihazırda baskın durumda ve güvenilir şebeke düzeyinde depolama ve elektrikli araçlar için umut verici adaylar.Ancak şarj hızlarını ve kullanılabilir ömürlerini iyileştirmek için daha fazla gelişmeye ihtiyaç vardır.
Bu kadar hızlı şarj olan ve daha uzun ömürlü pillerin geliştirilmesine yardımcı olmak için bilim adamlarının, pil performansındaki sınırlamaları belirlemek için çalışan bir pilin içinde meydana gelen süreçleri anlayabilmeleri gerekir.Şu anda, aktif pil malzemelerinin çalışırken görselleştirilmesi, karmaşık senkrotron X-ışını veya elektron mikroskobu teknikleri gerektirir; bu, zor ve pahalı olabilir ve çoğu zaman hızlı şarj elektrot malzemelerinde meydana gelen hızlı değişiklikleri yakalamak için yeterince hızlı görüntüleme sağlayamaz.Sonuç olarak, bireysel aktif parçacıkların uzunluk ölçeğindeki ve ticari olarak ilgili hızlı şarj oranlarındaki iyon dinamikleri büyük ölçüde keşfedilmemiş durumda.
Cambridge Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, lityum iyon pilleri incelemek için düşük maliyetli, laboratuvar tabanlı bir optik mikroskopi tekniği geliştirerek bu sorunun üstesinden geldi.Bugüne kadarki en hızlı şarj edilen anot malzemeleri arasında yer alan Nb14W3O44'ün ayrı ayrı parçacıklarını incelediler.Görünür ışık, küçük bir cam pencere aracılığıyla bataryaya gönderilerek araştırmacıların, gerçekçi denge dışı koşullar altında aktif parçacıklar içindeki dinamik süreci gerçek zamanlı olarak izlemelerine olanak tanır.Bu, bireysel aktif parçacıklar boyunca hareket eden ön benzeri lityum konsantrasyon gradyanlarını ortaya çıkardı ve bu, bazı parçacıkların kırılmasına neden olan iç gerilime neden oldu.Parçacık kırılması piller için bir sorundur çünkü parçaların elektriksel bağlantısının kesilmesine ve pilin depolama kapasitesinin azalmasına neden olabilir.Cambridge Cavendish Laboratuvarı'ndan ortak yazar Dr. Christoph Schnedermann, "Bu tür spontane olayların pil üzerinde ciddi etkileri var, ancak şimdiye kadar gerçek zamanlı olarak gözlemlenmesi mümkün değildi" diyor.
Optik mikroskopi tekniğinin yüksek verim yetenekleri, araştırmacıların büyük bir parçacık popülasyonunu analiz etmelerine olanak tanıdı ve parçacık çatlamasının, daha yüksek delithiation oranlarında ve daha uzun parçacıklarda daha yaygın olduğunu ortaya çıkardı.Cambridge Cavendish Laboratuvarı ve Kimya Bölümü'nde doktora adayı olan ilk yazar Alice Merryweather, "Bu bulgular, bu sınıftaki malzemelerde parçacık kırılmasını ve kapasite azalmasını azaltmak için doğrudan uygulanabilir tasarım ilkeleri sağlıyor" diyor.
İleriye dönük olarak, hızlı veri toplama, tek parçacık çözünürlüğü ve yüksek verim yetenekleri dahil olmak üzere metodolojinin temel avantajları, piller arızalandığında ne olacağının ve bunun nasıl önleneceğinin daha fazla araştırılmasına olanak tanıyacak.Bu teknik hemen hemen her türlü pil malzemesini incelemek için uygulanabilir, bu da onu yeni nesil pillerin geliştirilmesinde yapbozun önemli bir parçası haline getiriyor.
Gönderim zamanı: 17 Eylül 2022