Vědci z University of Cambridge zkoumali jeden z nejrychleji se nabíjejících materiálů anody pomocí levné laboratorní techniky optické mikroskopie. Jejich zjištění ukázala, že lom částic, který může snížit skladovací kapacitu baterie, je častější při vyšších rychlostech delitiace a u delších částic.
Aby vědci mohli řídit vývoj rychleji nabíjecích baterií s delší životností, musí mít schopnost porozumět procesům probíhajícím uvnitř fungující baterie a identifikovat omezení jejího výkonu.
V současné době jsou nejčastěji používané techniky při vizualizaci materiálů aktivních baterií sofistikované synchrotronové rentgenové záření nebo elektronová mikroskopie. Mohou však být komplikované a drahé a ne dostatečně rychlé, aby zachytily rychlé změny, ke kterým dochází v elektrodových materiálech.
Nyní vědci z University of Cambridge aplikovali nízkonákladovou laboratorní metodu optické mikroskopie ke studiu mikrometrových tyčovitých částic jednoho z nejrychlejších nabíjecích anodových materiálů současnosti (Nb14 W3 O44). Svou metodu popsali v „Operando monitorování heterogenity kinetického stavu nabití jednotlivých částic a praskání ve vysokorychlostních Li-iontových anodách“. To se nedávno publikovalo v Nature Materials.
Optická mikroskopie
Nejprve se viditelné světlo poslalo do baterie malým skleněným okénkem. Což výzkumníkům umožnilo sledovat dynamický proces v aktivních částicích v reálném čase za realistických nerovnovážných podmínek. To odhalilo frontální gradienty koncentrace lithia pohybující se jednotlivými aktivními částicemi. Což mělo za následek vnitřní napětí, které způsobilo prasknutí některých částic. Zlomení částic je u baterií problém, protože může vést k elektrickému odpojení úlomků, čímž se sníží skladovací kapacita baterie.
,,Takové spontánní události mají vážné důsledky pro baterii. Ale nikdy předtím je nebylo možné pozorovat v reálném čase,“ řekl výzkumník Christoph Schnedermann z Cambridge’s Cavendish Laboratory.
Technika optické mikroskopie umožnila výzkumníkům analyzovat velkou populaci částic. To odhalilo, že praskání částic je častější s vyšší rychlostí delitiace a u delších částic.
,,Tato zjištění poskytují přímo použitelné konstrukční principy pro snížení lámavosti částic a vyblednutí kapacity v této třídě materiálů,“ řekla výzkumnice Alice Merryweatherová. Kandidátka PhD v Cavendish Laboratory and Chemistry Department v Cambridge.
Kromě rychlého získávání dat, rozlišení jednotlivých částic a vysoké propustnosti se očekává, že nová technika usnadní další zkoumání toho, co se stane, když baterie selžou, a jak tomu zabránit. Mohla by také hrát roli ve vývoji baterií nové generace. Protože ji lze použít ke studiu téměř jakéhokoli typu materiálu baterií.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
