A tiszta és hatékony energiatárolási technológiák elengedhetetlenek a megújulóenergia-infrastruktúra létrehozásához.A lítium-ion akkumulátorok már most dominánsak a személyi elektronikai eszközökben, és ígéretes jelöltek a megbízható hálózati szintű tárolás és az elektromos járművek terén.A töltési sebességük és a használható élettartamuk javításához azonban további fejlesztésekre van szükség.
Az ilyen gyorsabban tölthető és hosszabb élettartamú akkumulátorok fejlesztésének elősegítése érdekében a tudósoknak képesnek kell lenniük arra, hogy megértsék a működő akkumulátor belsejében zajló folyamatokat, hogy azonosítsák az akkumulátor teljesítményének korlátait.Jelenleg az aktív akkumulátor-anyagok működése közbeni megjelenítéséhez kifinomult szinkrotronröntgen- vagy elektronmikroszkópos technikákra van szükség, amelyek bonyolultak és költségesek lehetnek, és gyakran nem készíthetők elég gyorsan ahhoz, hogy rögzítsék a gyorsan feltöltődő elektródák anyagában fellépő gyors változásokat.Ennek eredményeként az egyes aktív részecskék hosszúsági skáláján és a kereskedelmileg releváns gyorstöltési sebességek iondinamikája nagyrészt feltáratlan marad.
A Cambridge-i Egyetem kutatói a lítium-ion akkumulátorok tanulmányozásához alacsony költségű laboratóriumi optikai mikroszkópos technikát fejlesztettek ki ezen a problémán.Megvizsgálták az Nb14W3O44 egyes részecskéit, amely a mai napig a leggyorsabban töltődő anódanyagok közé tartozik.Látható fényt küldenek az akkumulátorba egy kis üvegablakon keresztül, így a kutatók valós időben, nem egyensúlyi körülmények között figyelhetik az aktív részecskékben zajló dinamikus folyamatokat.Ez frontszerű lítium-koncentrációs gradienseket tárt fel az egyes aktív részecskék között, ami belső feszültséget eredményezett, amely egyes részecskék eltörését okozta.A részecsketörés problémát jelent az akkumulátorok számára, mivel a töredékek elektromos leválasztásához vezethet, csökkentve az akkumulátor tárolókapacitását."Az ilyen spontán események súlyos hatással vannak az akkumulátorra, de korábban soha nem lehetett valós időben megfigyelni" - mondja Dr. Christoph Schnedermann, a cambridge-i Cavendish Laboratórium munkatársa.
Az optikai mikroszkópos technika nagy áteresztőképességű képességei lehetővé tették a kutatók számára, hogy részecskék nagy populációját elemezzék, felfedve, hogy a részecskék repedése gyakoribb nagyobb mértékű delitáció esetén és hosszabb részecskék esetében.„Ezek az eredmények közvetlenül alkalmazható tervezési elveket kínálnak a részecsketörés és a kapacitás fakulásának csökkentésére ebben az anyagosztályban” – mondja az első szerző, Alice Merryweather, a cambridge-i Cavendish Laboratórium és Kémiai Tanszék PhD-jelöltje.
Tovább haladva a módszertan legfontosabb előnyei – beleértve a gyors adatgyűjtést, az egyrészecske-felbontást és a nagy áteresztőképességet – lehetővé teszik annak további feltárását, hogy mi történik, ha az akkumulátorok meghibásodnak, és hogyan lehet ezt megelőzni.A technika szinte bármilyen típusú akkumulátor-anyag tanulmányozására alkalmazható, így a kirakós játék fontos eleme a következő generációs akkumulátorok fejlesztésében.
Feladás időpontja: 2022.09.17