Видео демонстрирует, как батарея надувается надуванием пузырей: исследователи предполагают, как образуются пузыри, что может привести к созданию литий-воздушных батарей меньшего размера.

Но у этой технологии есть несколько задержек, в том числе потеря энергии при накоплении и высвобождении заряда. Если бы исследователи могли лучше понять основные реакции, которые происходят при зарядке и разрядке аккумулятора, производительность аккумулятора можно было бы улучшить. Одна из реакций, которая не была полностью объяснена, — это то, как кислород выдувает пузырьки внутри литий-воздушной батареи при ее разряде. Пузырьки расширяют аккумулятор и вызывают износ, который может привести к его выходу из строя.

Новая статья в Nature Nanotechnology дает первое пошаговое объяснение того, как воздушно-литиевые батареи образуют пузыри. Исследованию помогло первое в своем роде видео, на котором видно, как пузыри надуваются, а затем сдуваются внутри нанобатареи. Ранее исследователи видели только пузыри, но не то, как они были созданы.«Если мы полностью поймем процесс образования пузырей, мы сможем построить более совершенные литий-воздушные батареи, которые будут создавать меньше пузырей», — отметил автор статьи Чонмин Ван из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США. «В результате могут быть более компактные и стабильные батареи, которые дольше сохраняют свой заряд».

Ван работает в EMSL, Лаборатории молекулярных наук об окружающей среде, пользовательском учреждении Министерства энергетики США, расположенном в PNNL. Среди его соавторов — другие сотрудники PNNL и исследователь из Тяньцзиньского политехнического университета в Китае.Уникальный видеоролик команды может быть немым черно-белым фильмом, но в нем много действий. Из плоской поверхности батареи выскакивает серый пузырь, который становится все больше и больше.

Позже пузырь сдувается, верхняя часть поворачивается внутрь себя, пока не остается только сморщенная оболочка.Фильм, достойный попкорна, был снят с помощью просвечивающего электронного микроскопа для окружающей среды в EMSL. Ван и его коллеги построили свою крошечную батарею внутри колонны микроскопа. Это позволяло им наблюдать, как внутри заряжается и разряжается аккумулятор.

Видеодоказательства привели команду к предположению, что по мере разряда батареи сфера супероксида лития вылетает из положительного электрода батареи и покрывается оксидом лития. Затем внутренняя часть супероксида сферы проходит химическую реакцию, в результате которой образуется перекись лития и кислород. Газообразный кислород также выделяется и раздувает пузырь. Когда батарея заряжается, перекись лития разлагается и оставляет прежний пузырь, чтобы выглядеть как сдутый воздушный шар.

Это открытие было в центре внимания Nature News. Колонка Views написана исследователями из Корейского университета Ханьян, которые описывают исследование как «прочную основу для будущих конструкций и оптимизации литий-кислородных батарей».Видео: https://www.youtube.com/watch?v=u2yEH5mISw8

Это исследование было поддержано Управлением энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США.


Портал обо всем