Главные Новости
Владимир Зеленский Техно Кино Автоновости
Рентгеновское изображение обеспечивает ключи к разрушению в твердотельных батареях
Автор: Allnewsua.live

Твердотельные батареи - новая конструкция батареи, в которой используются все твердые компоненты, - в последние годы привлекли внимание благодаря их способности удерживать гораздо больше энергии, одновременно избегая при этом проблем безопасности своих жидкостных аналогов.

Но создать долговечный твердотельный аккумулятор легче сказать, чем сделать. Теперь исследователи из Технологического института Джорджии использовали рентгеновскую компьютерную томографию (КТ), чтобы в реальном времени визуализировать, как образуются трещины вблизи краев границ раздела материалов в батареях. Полученные данные могут помочь исследователям найти способы улучшения устройств накопления энергии.

«Твердотельные батареи могут быть более безопасными, чем литий-ионные, и потенциально могут содержать больше энергии, что идеально подходит для электромобилей и даже электрических самолетов», - сказал Мэтью Макдауэлл, доцент в Школе машиностроения им. Джорджа Вудраффа и Школа материаловедения и инженерии. «Технологически это очень быстро развивающаяся область, и многие компании заинтересованы в этом».

В типичной литий-ионной батарее энергия выделяется при переносе ионов лития между двумя электродами - катодом и анодом - через жидкий электролит.



Для исследования, которое было опубликовано 4 июня в журнале ACS Energy Letters и спонсировалось Национальным научным фондом, исследовательская группа построила твердотельную батарею, в которой твердый керамический диск был зажат между двумя кусками твердого лития. Керамический диск заменил типичный жидкий электролит.

«Выяснить, как сделать так, чтобы эти цельные детали совмещались и хорошо вели себя в течение длительного времени, - это непростая задача», - сказал Макдауэлл. «Мы работаем над тем, как спроектировать эти интерфейсы между этими прочными деталями, чтобы они прослужили как можно дольше».

В сотрудничестве с Кристофером Салданом, доцентом в Школе машиностроения им. Джорджа В. Вудраффа в Технологическом институте Джорджии и экспертом в области рентгенографии, исследователи поместили батарею под рентгеновский микроскоп, заряжали и разряжали ее, ища физические изменения, свидетельствующие о деградации. Медленно в течение нескольких дней по всему диску формировалась сетчатая картина трещин.

Эти трещины являются проблемой и возникают вместе с ростом межфазного слоя между металлическим литием и твердым электролитом. Исследователи обнаружили, что этот перелом во время езды на велосипеде вызывает сопротивление потоку ионов.

«Это нежелательные химические реакции, которые происходят на границах раздела», - сказал Макдауэлл. «Люди обычно предполагают, что эти химические реакции являются причиной деградации клетки. Но что мы узнали из этой визуализации, так это то, что в этом конкретном материале не сами химические реакции являются плохими - они не влияют на производительность батареи. Что плохо, так это то, что клетка разрушается, и это разрушает ее работоспособность ».

Решение проблемы разрыва может быть одним из первых шагов по раскрытию потенциала твердотельных батарей, включая их высокую плотность энергии. Исследователи отметили, что наблюдаемое ухудшение может повлиять на другие типы твердотельных батарей, поэтому полученные результаты могут привести к созданию более надежных интерфейсов.



«В обычных литий-ионных батареях используемые нами материалы определяют, сколько энергии мы можем хранить», - сказал Макдауэлл. «Чистый литий может удерживать больше всего, но он плохо работает с жидким электролитом. Но если бы вы могли использовать твердый литий с твердым электролитом, это было бы святым Граалем плотности энергии ».


Читать также: