Крок до надшвидкої зарядки. Дослідники змогли заглянути всередину акумуляторів

25 червня 2021, 15:15
Вы также можете прочесть этот материал на русском языке

У Великобританії розробили просту лабораторну техніку, яка дозволяє вченим і інженерам заглядати всередину літій-іонних акумуляторів.

Це необхідно для того, щоб стежити за переміщенням іонів літію в режимі реального часу в міру заряду і розряду акумуляторів, що було неможливо до сих пір.

Дослідники визначили процеси обмеження швидкості, які, якщо їх усунути, можуть дозволити батареям в більшості смартфонів і ноутбуків заряджатися всього за п’ять хвилин.

Відео дня

Дослідники з Кембриджського університету кажуть, що їх метод не тільки допоможе поліпшити існуючі матеріали для акумуляторів, але і може прискорити розробку акумуляторів наступного покоління, що зараз є однією з найбільших технологічних проблем.

Хоча літій-іонні батареї мають незаперечні переваги, такі як відносно висока щільність енергії і тривалий термін служби в порівнянні з іншими батареями і засобами зберігання енергії, вони також можуть перегріватися або навіть вибухнути, і їх виробництво відносно дорого.

Крім того, їх щільність енергії далека від щільності бензину. Поки це робить їх непридатними для широкого використання в двох основних екологічно чистих технологіях: електромобілі і мережеві накопичувачі для сонячної енергії.

«Краща батарея — це та, яка може зберігати набагато більше енергії, або та, яка може заряджатися набагато швидше — в ідеалі і те, і інше», — сказав співавтор доктор Крістоф Шнедерманн з Кевендішської лабораторії Кембриджа. «Але щоб зробити батареї краще з нових матеріалів і поліпшити батареї, які ми вже використовуємо, нам потрібно розуміти, що відбувається всередині них».

Щоб поліпшити літій-іонні батареї і допомогти їм швидше заряджатися, дослідники повинні відстежувати і розуміти процеси, що відбуваються в функціонуючих матеріалах в реальних умовах в реальному часі. В даний час для цього потрібні складні методи синхротронної рентгенівської або електронної мікроскопії, які забирають багато часу і є дорогими.

«Щоб дійсно вивчити, що відбувається всередині батареї, вам потрібно змусити мікроскоп робити дві речі одночасно: він повинен спостерігати за зарядкою і розрядкою батарей протягом декількох годин, але в той же час він повинен дуже швидко фіксувати процеси, що відбуваються всередині батареї», — сказала перший автор дослідження Еліс Меррівезер, аспірант Кевендішської лабораторії Кембриджа.

Команда Кембриджа розробила метод оптичної мікроскопії, мікроскопію інтерферометричного розсіювання, щоб спостерігати за цими процесами в дії. Використовуючи цю техніку, вони змогли спостерігати окремі частинки оксиду літію-кобальту (часто званого LCO), вимірюючи кількість розсіяного світла.

Вони змогли побачити, як LCO переживає серію фазових переходів в циклі заряду-розряду. Дослідники виявили, що механізм руху фазового кордону різниться в залежності від того, заряджається або розряджається батарея.

«Ми виявили, що існують різні обмеження швидкості для літій-іонних акумуляторів, в залежності від того, заряджається він або розряджається», — сказав доктор Акшай Рао з лабораторії Кавендіша, який керував дослідженням.

«Під час зарядки швидкість залежить від того, наскільки швидко іони літію можуть проходити через частки активного матеріалу. При розрядці швидкість залежить від того, наскільки швидко іони вставляються по краях. Якщо ми зможемо контролювати ці два механізми, це дозволить акумуляторам заряджатися набагато швидше», — додав Рао.

«З огляду на те, що літій-іонні батареї використовувалися десятиліттями, можна подумати, що ми знаємо про них все, але це не так», — сказав Шнедерманн. «Цей метод дозволяє нам побачити, наскільки швидко він зможе пройти цикл заряду-розряду. Що ми дійсно з нетерпінням чекаємо, так це використання цього методу для вивчення матеріалів батарей нового покоління ».

В кінці 2019 року НВ повідомляв, що вчені з IBM Research розробили нову батарею, унікальні інгредієнти якої можна добувати з морської води замість видобутку рідкісних корисних копалин.

Такий акумулятор дешевше існуючих літій-іонних аналогів і заряджається швидше, запевняють в IBM.

В якості потенційного вирішення екологічних проблем від акумуляторів вчені з лабораторії батарей IBM Research розробили нову конструкцію, яка замінює потребу в кобальті і нікелі в катоді, а також використовує новий рідкий електроліт (матеріал в батареї, який допомагає іонам переміщатися від одного кінця до іншого).

Хімічний склад матеріалів, з яких виконані анод, катод і рідкий електроліт, дослідники не розкривають. Інженери запевняють, що необхідні матеріали можуть бути отримані зі звичайної морської води і те, що вони значно дешевше використовуваних в сучасних літій-іонних батареях.

poster
Підписатись на щоденну email-розсилку
матеріалів розділу Техно
Розсилка про те як технології змінють світ
Щопонеділка

Приєднуйтесь до нас у соцмережах Facebook, Telegram та Instagram.

Показати ще новини
Радіо НВ
X