Yenilenebilir bir enerji altyapısı oluşturmak için temiz ve verimli enerji depolama teknolojileri esastır.Lityum iyon piller, kişisel elektronik cihazlarda zaten baskın durumda ve güvenilir şebeke düzeyinde depolama ve elektrikli araçlar için umut verici adaylar.Bununla birlikte, şarj oranlarını ve kullanılabilir ömürlerini iyileştirmek için daha fazla geliştirmeye ihtiyaç vardır.
Bu tür daha hızlı şarj olan ve daha uzun ömürlü pillerin geliştirilmesine yardımcı olmak için bilim insanlarının, pil performansındaki sınırlamaları belirlemek için çalışan bir pilin içinde meydana gelen süreçleri anlayabilmesi gerekir.Halihazırda aktif pil malzemelerini çalışırken görselleştirmek, zor ve pahalı olabilen ve genellikle hızlı şarjlı elektrot malzemelerinde meydana gelen hızlı değişiklikleri yakalamak için yeterince hızlı görüntüleyemeyen karmaşık senkrotron X-ışını veya elektron mikroskobu teknikleri gerektirir.Sonuç olarak, bireysel aktif parçacıkların uzunluk ölçeğindeki ve ticari olarak ilgili hızlı şarj oranlarındaki iyon dinamikleri büyük ölçüde keşfedilmemiş olarak kalır.
Cambridge Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, lityum iyon pilleri incelemek için düşük maliyetli, laboratuvar tabanlı bir optik mikroskopi tekniği geliştirerek bu sorunun üstesinden geldi.Bugüne kadarki en hızlı şarj anot malzemeleri arasında yer alan Nb14W3O44'ün tek tek parçacıklarını incelediler.Görünür ışık, küçük bir cam pencere aracılığıyla pile gönderilerek, araştırmacıların, gerçek zamanlı olarak, gerçekçi denge dışı koşullar altında aktif parçacıklar içindeki dinamik süreci izlemelerine olanak tanır.Bu, bireysel aktif partiküller boyunca hareket eden öndeki benzeri lityum konsantrasyon gradyanlarını ortaya çıkardı ve bu, bazı partiküllerin kırılmasına neden olan iç gerilime neden oldu.Parçacık kırılması piller için bir sorundur, çünkü parçaların elektrik bağlantısının kesilmesine yol açarak pilin depolama kapasitesini düşürür.Cambridge'in Cavendish Laboratuvarı'ndan ortak yazar Dr Christoph Schnedermann, “Bu tür spontane olayların pil üzerinde ciddi etkileri var, ancak şimdiye kadar gerçek zamanlı olarak asla gözlemlenemezdi” diyor.
Optik mikroskopi tekniğinin yüksek verimli yetenekleri, araştırmacıların büyük bir parçacık popülasyonunu analiz etmelerini sağladı ve parçacık çatlamasının daha yüksek delithiation oranlarında ve daha uzun parçacıklarda daha yaygın olduğunu ortaya çıkardı.Cambridge Cavendish Laboratuvarı ve Kimya Departmanında doktora adayı olan ilk yazar Alice Merryweather, “Bu bulgular, bu malzeme sınıfında partikül kırılmasını ve kapasite azalmasını azaltmak için doğrudan uygulanabilir tasarım ilkeleri sağlıyor” diyor.
İleriye dönük olarak, metodolojinin hızlı veri toplama, tek parçacık çözünürlüğü ve yüksek verim yetenekleri dahil olmak üzere temel avantajları, piller arızalandığında ne olduğu ve bunun nasıl önleneceği konusunda daha fazla araştırma yapılmasına olanak sağlayacaktır.Teknik, hemen hemen her tür pil malzemesini incelemek için uygulanabilir ve bu da onu yeni nesil pillerin geliştirilmesinde yapbozun önemli bir parçası haline getirir.
Gönderim zamanı: Eylül-17-2022