Skoon en doeltreffende energiebergingstegnologieë is noodsaaklik vir die vestiging van 'n hernubare energie-infrastruktuur.Litiumioonbatterye is reeds oorheersend in persoonlike elektroniese toestelle, en is belowende kandidate vir betroubare roostervlakberging en elektriese voertuie.Verdere ontwikkeling is egter nodig om hul laaitempo en bruikbare leeftyd te verbeter.
Om die ontwikkeling van sulke vinniger-laaiende en langdurige batterye te help, moet wetenskaplikes in staat wees om die prosesse wat binne 'n bedryfsbattery plaasvind, te verstaan, om die beperkings op batterywerkverrigting te identifiseer.Tans vereis die visualisering van die aktiewe batterymateriaal soos hulle werk gesofistikeerde sinkrotron X-straal- of elektronmikroskopietegnieke, wat moeilik en duur kan wees, en dikwels nie vinnig genoeg kan beeld om die vinnige veranderinge wat plaasvind in vinnig-laaiende elektrodemateriaal vas te vang nie.As gevolg hiervan bly die ioondinamika op die lengteskaal van individuele aktiewe deeltjies en teen kommersieel-relevante vinnige laaitempo's grootliks onontgin.
Navorsers aan die Universiteit van Cambridge het hierdie probleem oorkom deur 'n laekoste-laboratoriumgebaseerde optiese mikroskopietegniek te ontwikkel om litiumioonbatterye te bestudeer.Hulle het individuele deeltjies van Nb14W3O44 ondersoek, wat tot dusver een van die vinnigste laaiende anodemateriaal is.Sigbare lig word deur 'n klein glasvenster na die battery gestuur, wat die navorsers in staat stel om die dinamiese proses binne die aktiewe deeltjies in reële tyd onder realistiese nie-ewewigstoestande te kyk.Dit het frontagtige litium-konsentrasiegradiënte aan die lig gebring wat deur die individuele aktiewe deeltjies beweeg het, wat gelei het tot interne vervorming wat veroorsaak het dat sommige deeltjies breek.Deeltjiebreuk is 'n probleem vir batterye, aangesien dit kan lei tot elektriese ontkoppeling van die fragmente, wat die bergingskapasiteit van die battery verminder."Sulke spontane gebeure het ernstige implikasies vir die battery, maar kon nooit voorheen in reële tyd waargeneem word nie," sê mede-outeur dr Christoph Schnedermann, van Cambridge se Cavendish Laboratory.
Die hoë deursetvermoë van die optiese mikroskopietegniek het die navorsers in staat gestel om 'n groot populasie deeltjies te ontleed, wat aan die lig gebring het dat partikelkrake meer algemeen is met hoër tempo van delithiation en in langer deeltjies."Hierdie bevindinge verskaf direk toepaslike ontwerpbeginsels om deeltjiebreuk en kapasiteitsvervaging in hierdie klas materiale te verminder," sê eerste skrywer Alice Merryweather, 'n PhD-kandidaat by Cambridge se Cavendish Laboratory and Chemistry Department.
Om vorentoe te beweeg, sal die belangrikste voordele van die metodologie - insluitend die vinnige data-verkryging, enkeldeeltjie-resolusie en hoë deurvloeivermoëns - verdere verkenning moontlik maak van wat gebeur wanneer batterye misluk en hoe om dit te voorkom.Die tegniek kan toegepas word om byna enige tipe batterymateriaal te bestudeer, wat dit 'n belangrike stuk van die legkaart maak in die ontwikkeling van volgende generasie batterye.
Postyd: 17-Sep-2022