Эксперты правительственной лаборатории очень внимательно изучают ячейки аккумуляторных батарей, используя передовые технологии визуализации, чтобы лучше понять, как они стареют.
Согласно пресс-релизу Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США, метод анализа теперь доступен исследователям и производителям аккумуляторов, которые работают над созданием более дешевых, безопасных и эффективных батарей.
Исследователи аккумуляторов получают изображение на атомном уровне благодаря изображениям ядерного магнитного резонанса ( ЯМР ).
Он работает с использованием «неинвазивной методики, которая основана на магнитных свойствах атомных ядер для изучения химической среды в образце». Радиочастотное поле применяется к образцу, погруженному в сильное магнитное поле, заставляя образец поглощать энергию.
«Затем радиочастотное поле удаляется, и зонд измеряет энергию, высвобождаемую при возвращении ядер в состояние с более низкой энергией. Измерения дают представление об атомных и молекулярных структурах и реакциях, в том числе в материалах аккумуляторов», — согласно описанию Аргонна.
В резюме добавлено, что метод ЯМР аналогичен МРТ, обычно используемому для получения изображений человеческого тела.
Длинное описание трудно произносимо. Но автор исследования, аргоннский химик Барис Кей, сказал, что он надеется, что это станет «хлебом с маслом» для производителей аккумуляторов.
«Это для тех, кто хочет исследовать долгосрочную эволюцию своих батарей, не вскрывая их», — сказал Кей в резюме.
Особого внимания заслуживают новые кремниевые аноды, разрабатываемые Panasonic и другими в качестве лучшей альтернативы дорогостоящему графиту. Одной из проблем анодной технологии было расширение и сжатие, которые происходят при зарядке и разрядке батареи. Когда батареи работают , ионы перемещаются между электродами, анодом и катодом, в веществе, называемом электролитом. Кремниевые аноды могут расширяться на 400%, вызывая трещины, которые ухудшают производительность, согласно пресс-релизу Argonne.
В рамках исследования команда проводила ЯМР-сканирование кремниевых анодов во время цикла работы батареи, наблюдая за тем, как атомы лития вели себя внутри. Затем ячейки оставались без работы в течение семи месяцев.
«То, что мы сделали в нашем исследовании, было похоже на проведение МРТ работающих ячеек аккумулятора, за исключением того, что мы не получали изображений ячеек», — заявила в пресс-релизе главный автор исследования Эвелина Ванг. «Вместо этого на выходе мы получили информацию о том, как менялась химическая среда лития в ячейках из-за зарядки, разрядки, покоя и старения».
Исследователи узнали, как атомы лития объединяются с другими атомами внутри пакетов, предоставив полезную информацию о том, как взаимодействия вызывают деградацию батарей. Команда заметила, что некоторые ионы лития были захвачены в аноде, вместо того чтобы продолжить путешествие между электродами.
Лучшие батареи могут повысить производительность для накопителей энергии и для батарей, которые питают электромобили , расширяя их применение. Каждый электромобиль, который заменяет пожирателя бензина, предотвращает попадание тысяч фунтов задерживающих тепло выхлопных газов в атмосферу, как сообщает Министерство энергетики США. Медицинские эксперты отмечают , что загрязнение наносит вред здоровью легких.
Переход на электромобиль может сэкономить вам тысячи долларов на расходах на топливо , а также влечет за собой налоговые льготы .
В Аргонне результаты включают хак, что соль магния может ограничить количество захваченного лития. Это пример прорывов, которые, как надеются эксперты, будут разработаны с помощью ЯМР. Они заявили, что можно сканировать различные типы батарей и компонентов.
«Мы надеемся, что промышленные и аккумуляторные консорциумы заинтересуются этим методом и захотят сотрудничать с нами», — сказал Кей в резюме.
Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку, чтобы еженедельно получать обновления о последних инновациях, улучшающих нашу жизнь и формирующих наше будущее , и не пропустите этот замечательный список простых способов помочь себе, помогая при этом планете.
Прочитайте что такое взгляд в будущее