Процессы в аккумуляторе отследили с помощью электронного микроскопа

Процессы в аккумуляторе отследили с помощью электронного микроскопа

Разрабатывая более долговечные и недорогие аккумуляторы, исследователи в северо-западной национальной лаборатории Тихого океана (PNNL) смогли зафиксировать процессы в аккумуляторе и нашли способ визуализации протекания электрического тока в электродах, когда они находятся в жидком электролите, имитируя реальные условия внутри батарей. Такие условия нужны для получения более точной картины и, особенно, для изучения явления, когда появляется твердый слой электролита, покрытие, которое накапливается на поверхности электрода (между электродом и электролитом) и препятствует потоку электронов, снижения производительность батареи.
Чонгмин Ванг (Chongmin Wang) из PNNL говорит:

«Элементы с жидким электролитом дали нам важную информацию о том, как электроды ведут себя внутри аккумулятора. И это поможет нам найти слой твердого электролита. Раньше за этим процессом было достаточно трудно наблюдать непосредственно».

Ванг и его коллеги использовали мощный просвечивающий электронный микроскоп для наблюдения за процессом разрядки и тем, как положительно заряженные ионы, такие как ионы лития, оседают в слое между твердым электродом и окружающим раствором электролита. До сих пор электронные микроскопы можно было использовать для наблюдения за сухими (или открытыми) элементами питания. Однако реальные электроды в батареях находятся в жидких электролитах, позволяющих легко перемещаться в них ионам.

Процессы в аккумуляторе с появлением твердого слоя

Команда Ванга собрала аккумулятор с одним кремниевым электродом и одним электродом из металлического лития, которые оба находятся в ванне с электролитом. Когда исследователи зарядили аккумулятор, они увидели на кремниевом электроде появление твердого слоя, как и ожидалось. Но в сухих условиях электрод прикреплен одним концом к источнику лития, и появление твердого слоя начинается только с одной стороны. В элементе с жидким электролитом литий мог попасть в кремний в любом месте вдоль длины электрода. И ученые наблюдали, как электрод увеличивался по всей длине и становится все толще и толще.

Процессы в аккумуляторе с появлением твердого слоя
Процессы в аккумуляторе с появлением твердого слоя

Ванг говорит:

«Слой определенным образом влияет на зарядку, разрядку и производительность батареи… Тем не менее, исследователи не имеют четкого понимания и не знают, как он формируется, его структуру или его состав. Кроме того, остается неясным, как он изменяется при повторной зарядке и разрядке. Это очень таинственное вещество. Мы надеемся, что «жидкие элементы» помогут нам раскрыть тайну этого слоя».

Понимание того, как твердый слой влияет на производительность и как он изменяется при повторной зарядке может стать ключом к повышению эффективности элементов питания. Более долговечные аккумуляторы могут снизить количество использования одноразовых батареек, которые при попадании на свалку наносят огромный вред окружающей среде и чья переработка является довольно сложным процессом. И что еще важнее, высокоэффективные аккумуляторы открывают новые возможности для инфраструктуры, которая опирается на возобновляемые источники энергии, а не ископаемое топливо.

Автор: Анастасия Литвинова

Оставить ответ