Puhtad ja tõhusad energiasalvestustehnoloogiad on taastuvenergia infrastruktuuri rajamiseks hädavajalikud.Liitiumioonakud on juba domineerivad isiklikes elektroonikaseadmetes ja on paljutõotavad kandidaadid usaldusväärse võrgutaseme salvestusruumi ja elektrisõidukite jaoks.Siiski on vaja edasi arendada, et parandada nende laadimismäärasid ja kasutusiga.
Selliste kiiremini laetavate ja kauem kestvate akude väljatöötamise hõlbustamiseks peavad teadlased suutma mõista töötava aku sees toimuvaid protsesse, et teha kindlaks aku jõudluse piirangud.Praegu nõuab aktiivsete akumaterjalide visualiseerimine nende töö ajal keerukaid sünkrotronröntgen- või elektronmikroskoopia tehnikaid, mis võivad olla keerulised ja kulukad ning sageli ei suuda neid piisavalt kiiresti pildistada, et jäädvustada kiirlaadimiselektroodimaterjalides toimuvad kiired muutused.Selle tulemusena jääb ioonide dünaamika üksikute aktiivsete osakeste pikkuse skaalal ja kaubanduslikult olulistel kiirlaadimiskiirustel suures osas uurimata.
Cambridge'i ülikooli teadlased on sellest probleemist üle saanud, töötades välja odava laboripõhise optilise mikroskoopia tehnika liitiumioonakude uurimiseks.Nad uurisid üksikuid Nb14W3O44 osakesi, mis on seni üks kiiremini laetavaid anoodimaterjale.Nähtav valgus saadetakse akusse läbi väikese klaasakna, mis võimaldab teadlastel jälgida aktiivsete osakeste dünaamilist protsessi reaalajas realistlikes mittetasakaalutingimustes.See näitas esiosa sarnaseid liitiumi kontsentratsioonigradiente, mis liikusid läbi üksikute aktiivsete osakeste, mille tulemuseks oli sisemine pinge, mis põhjustas mõnede osakeste purunemise.Osakeste purunemine on akude jaoks probleem, kuna see võib põhjustada killustiku elektrikatkestumist, mis vähendab aku mälumahtu."Sellistel spontaansetel sündmustel on aku jaoks tõsine mõju, kuid neid ei saanud kunagi varem reaalajas jälgida," ütleb kaasautor dr Christoph Schnedermann Cambridge'i Cavendishi laborist.
Optilise mikroskoopia tehnika suure läbilaskevõimega võimalused võimaldasid teadlastel analüüsida suurt osakeste populatsiooni, mis näitas, et osakeste pragunemine on tavalisem kõrgema delitiatsioonimäära ja pikemate osakeste korral."Need leiud pakuvad otseselt rakendatavaid projekteerimispõhimõtteid, et vähendada selles materjaliklassis osakeste purunemist ja võime tuhmumist," ütleb esimene autor Alice Merryweather, Cambridge'i Cavendishi labori- ja keemiaosakonna doktorikandidaat.
Edaspidi võimaldavad metoodika peamised eelised – sealhulgas kiire andmete kogumine, ühe osakese eraldusvõime ja suur läbilaskevõime – täiendavalt uurida, mis juhtub akude rikke korral ja kuidas seda vältida.Seda tehnikat saab rakendada peaaegu igat tüüpi akumaterjalide uurimiseks, muutes selle oluliseks pusletükiks järgmise põlvkonna akude väljatöötamisel.
Postitusaeg: 17. september 2022