ტექნიკა, რომელიც ხელმძღვანელობს შემდეგი თაობის უფრო სწრაფი და გრძელვადიანი ბატარეების განვითარებას

ენერგიის შენახვის სუფთა და ეფექტური ტექნოლოგიები აუცილებელია განახლებადი ენერგიის ინფრასტრუქტურის შესაქმნელად.ლითიუმ-იონური ბატარეები უკვე დომინანტურია პერსონალურ ელექტრონულ მოწყობილობებში და პერსპექტიული კანდიდატებია საიმედო ქსელის დონის შესანახად და ელექტრო მანქანებისთვის.თუმცა, შემდგომი განვითარებაა საჭირო მათი დატენვის სიჩქარისა და გამოყენების ვადის გასაუმჯობესებლად.

ასეთი უფრო სწრაფად დამუხტვის და გრძელვადიანი ბატარეების შესაქმნელად მეცნიერებს უნდა შეეძლოთ გააცნობიერონ მოქმედი ბატარეის შიგნით მიმდინარე პროცესები, დაადგინონ ბატარეის მუშაობის შეზღუდვები.ამჟამად, აქტიური ბატარეის მასალების ვიზუალიზაცია მათი მუშაობისას მოითხოვს სინქროტრონის რენტგენის ან ელექტრონული მიკროსკოპის დახვეწილ ტექნიკას, რაც შეიძლება იყოს რთული და ძვირი და ხშირად ვერ ახერხებს სწრაფად დამუხტვის ელექტროდის მასალებში მომხდარ სწრაფ ცვლილებებს.შედეგად, იონური დინამიკა ინდივიდუალური აქტიური ნაწილაკების სიგრძის მასშტაბით და კომერციულად შესაბამისი სწრაფი დამუხტვის სიჩქარით ძირითადად შეუსწავლელი რჩება.

კემბრიჯის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა დაძლიეს ეს პრობლემა და შეიმუშავეს იაფი ლაბორატორიული ოპტიკური მიკროსკოპის ტექნიკა ლითიუმ-იონური ბატარეების შესასწავლად.მათ შეისწავლეს Nb14W3O44-ის ცალკეული ნაწილაკები, რომელიც დღემდე ყველაზე სწრაფად დამტენი ანოდური მასალებია.ხილული შუქი იგზავნება ბატარეაში პატარა შუშის ფანჯრიდან, რაც მკვლევარებს საშუალებას აძლევს, უყურონ დინამიურ პროცესს აქტიურ ნაწილაკებში, რეალურ დროში, რეალისტური არაბალანსის პირობებში.ამან გამოავლინა წინა მსგავსი ლითიუმის კონცენტრაციის გრადიენტები, რომლებიც მოძრაობდნენ ცალკეულ აქტიურ ნაწილაკებში, რამაც გამოიწვია შიდა დაძაბულობა, რამაც გამოიწვია ზოგიერთი ნაწილაკის მოტეხილობა.ნაწილაკების მოტეხილობა არის ბატარეების პრობლემა, რადგან ამან შეიძლება გამოიწვიოს ფრაგმენტების ელექტრული გათიშვა, რაც ამცირებს ბატარეის შენახვის მოცულობას.„ასეთ სპონტანურ მოვლენებს სერიოზული შედეგები აქვს ბატარეაზე, მაგრამ აქამდე ვერასოდეს შეინიშნებოდა რეალურ დროში“, ამბობს თანაავტორი დოქტორი კრისტოფ შნედერმანი, კემბრიჯის კავენდიშის ლაბორატორიიდან.

ოპტიკური მიკროსკოპის ტექნიკის მაღალი გამტარუნარიანობის შესაძლებლობებმა მკვლევარებს საშუალება მისცა გაეანალიზებინათ ნაწილაკების დიდი პოპულაცია, რაც გამოავლინა, რომ ნაწილაკების გატეხვა უფრო ხშირია დელიტიაციის უფრო მაღალი სიხშირით და უფრო გრძელი ნაწილაკებით.„ეს აღმოჩენები იძლევა უშუალოდ მოქმედი დიზაინის პრინციპებს, რათა შემცირდეს ნაწილაკების მოტეხილობა და სიმძლავრის გაქრობა ამ კლასის მასალებში“, ამბობს პირველი ავტორი ელის მერივეზერი, დოქტორანტი კემბრიჯის კავენდიშის ლაბორატორიისა და ქიმიის დეპარტამენტში.

წინსვლისას, მეთოდოლოგიის ძირითადი უპირატესობები - მათ შორის მონაცემთა სწრაფი მიღება, ერთი ნაწილაკების გარჩევადობა და მაღალი გამტარუნარიანობის შესაძლებლობები - საშუალებას მისცემს შემდგომ შეისწავლოს რა ხდება ბატარეების გაუმართაობის დროს და როგორ ავიცილოთ თავიდან ეს.ტექნიკა შეიძლება გამოყენებულ იქნას თითქმის ნებისმიერი ტიპის ბატარეის მასალის შესასწავლად, რაც მას თავსატეხის მნიშვნელოვან ნაწილად აქცევს შემდეგი თაობის ბატარეების შემუშავებაში.