Švarios ir veiksmingos energijos kaupimo technologijos yra būtinos kuriant atsinaujinančios energijos infrastruktūrą.Ličio jonų akumuliatoriai jau dominuoja asmeniniuose elektroniniuose įrenginiuose ir yra perspektyvūs kandidatai į patikimą tinklo lygio saugyklą ir elektra varomus automobilius.Tačiau norint pagerinti jų įkrovimo greitį ir naudojimo trukmę, reikia toliau tobulinti.
Kad padėtų kurti tokias greičiau įkraunamas ir ilgiau veikiančias baterijas, mokslininkai turi sugebėti suprasti veikiančios baterijos viduje vykstančius procesus ir nustatyti akumuliatoriaus veikimo apribojimus.Šiuo metu norint vizualizuoti aktyvias akumuliatoriaus medžiagas, kai jos veikia, reikalingi sudėtingi sinchrotroniniai rentgeno arba elektroninės mikroskopijos metodai, kurie gali būti sudėtingi ir brangūs, ir dažnai negali pakankamai greitai užfiksuoti greitus pokyčius, vykstančius greitai įkraunamų elektrodų medžiagose.Dėl to jonų dinamika atskirų aktyviųjų dalelių ilgio skalėje ir komerciniu požiūriu svarbiu greito įkrovimo greičiu iš esmės nėra ištirta.
Kembridžo universiteto mokslininkai šią problemą įveikė sukūrę nebrangią laboratorijoje pagrįstą optinės mikroskopijos metodą ličio jonų akumuliatoriams tirti.Jie ištyrė atskiras Nb14W3O44 daleles, kurios iki šiol yra viena iš greičiausiai įkraunamų anodo medžiagų.Matoma šviesa siunčiama į bateriją per nedidelį stiklinį langą, leidžiantį tyrėjams stebėti dinaminį aktyviųjų dalelių procesą realiu laiku, tikroviškomis nepusiausvyros sąlygomis.Tai atskleidė į priekį panašius ličio koncentracijos gradientus, judančius per atskiras aktyviąsias daleles, dėl kurių atsirado vidinė įtampa, dėl kurios kai kurios dalelės lūždavo.Dalelių lūžimas yra akumuliatorių problema, nes dėl to fragmentai gali atjungti elektros energiją ir sumažinti akumuliatoriaus talpą.„Tokie spontaniški įvykiai turi rimtų pasekmių akumuliatoriui, tačiau iki šiol jų nebuvo galima stebėti realiu laiku“, – sako bendraautorius dr. Christophas Schnedermannas iš Kembridžo Cavendish laboratorijos.
Didelio našumo optinės mikroskopijos technikos galimybės leido tyrėjams išanalizuoti didelę dalelių populiaciją, atskleidė, kad dalelių įtrūkimai yra dažnesni esant didesniam delitacijos greičiui ir ilgesnėse dalelėse.„Šios išvados pateikia tiesiogiai taikomus projektavimo principus, siekiant sumažinti dalelių lūžį ir talpos blukimą šioje medžiagų klasėje“, – sako pirmoji autorė Alice Merryweather, Kembridžo Cavendish laboratorijos ir chemijos katedros doktorantė.
Žengiant į priekį, pagrindiniai metodologijos pranašumai, įskaitant greitą duomenų gavimą, vienos dalelės skiriamąją gebą ir didelio pralaidumo galimybes, leis toliau tyrinėti, kas nutinka, kai sugenda baterijos ir kaip to išvengti.Ši technika gali būti taikoma tiriant beveik bet kokio tipo baterijų medžiagą, todėl tai yra svarbi galvosūkio dalis kuriant naujos kartos baterijas.
Paskelbimo laikas: 2022-09-17