Химики предлагают улучшенный трехмерный вид внутри батарей

«Одна конкретная задача, которую мы хотели решить, заключалась в том, чтобы сделать измерения трехмерными и достаточно быстрыми, чтобы их можно было выполнять во время цикла зарядки аккумулятора», — объясняет профессор химии Нью-Йоркского университета Алексей Йершоу, старший автор статьи. «Это стало возможным благодаря использованию внутренних процессов усиления, которые позволяют измерять мелкие детали внутри элемента для диагностики общих механизмов отказа батарей. Мы считаем, что эти методы могут стать важными методами для разработки более совершенных батарей».Работа, описанная в Proceedings of the National Academy of Sciences, фокусируется на перезаряжаемых литий-ионных (Li-ion) батареях, которые используются в сотовых телефонах, электромобилях, ноутбуках и многих других электронных устройствах.

Многие считают металлический литий многообещающим высокоэффективным электродным материалом, который может повысить производительность и снизить вес батареи. Однако во время перезарядки аккумулятора он накапливает отложения — или «дендриты», которые могут вызвать снижение производительности и проблемы с безопасностью, включая пожары и взрывы. Следовательно, мониторинг роста дендритов имеет решающее значение для производства высокопроизводительных батарей из этого материала.

Современные методы для этого, разработанные ранее той же командой, используют технологию МРТ для непосредственного изучения дендритов лития. Однако такие процедуры привели к более низкой чувствительности и ограниченному разрешению, что затрудняет просмотр дендритов в 3D и точное понимание условий, в которых они накапливаются.Имея это в виду, исследователи стремились улучшить этот процесс, сосредоточив внимание на окружающих литий электролитах — веществах, используемых для перемещения зарядов между электродами. В частности, они обнаружили, что МРТ-изображения электролита сильно искажались в непосредственной близости от дендритов, обеспечивая высокочувствительную оценку того, когда и где они растут.

Более того, визуально зафиксировав эти искажения, ученые смогли построить трехмерное изображение дендритов из быстрых экспериментов МРТ. Альтернативные методы обычно не работают с зарядными элементами и требуют вскрытия батарей, тем самым разрушая дендритную структуру и изменяя химический состав ячейки.«Этот метод исследует пространство и материалы вокруг дендритов, а не сами дендриты», — объясняет Эндрю Илотт, научный сотрудник Нью-Йоркского университета и ведущий автор статьи. «В результате этот метод стал более универсальным.

Более того, мы можем исследовать структуры, образованные другими металлами, такими как, например, натрий или магний — материалы, которые в настоящее время рассматриваются как альтернатива литию. Трехмерные изображения дают нам особую информацию. на морфологию и размер дендритов, которые могут расти при различных условиях эксплуатации батареи ».


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *