W praktyce akumulatory zaniżają swoją teoretyczną pojemność, czasem drastycznie. W katodzie z fosforanu litowo-żelazowego badacze z Politechniki w Grazu byli teraz w stanie dokładnie zaobserwować, gdzie następuje utrata pojemności.
Fosforan litowo-żelazowy jest jednym z najważniejszych materiałów stosowanych w akumulatorach pojazdów elektrycznych, stacjonarnych systemach magazynowania energii i narzędziach. Ma długą żywotność, jest stosunkowo niedrogi i nie ma tendencji do samozapłonu. Gęstość energii również postępuje. Jednak eksperci nadal są zaskoczeni, dlaczego akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe zmniejszają w praktyce ich teoretyczną zdolność do magazynowania energii elektrycznej nawet o 25 procent. Aby wykorzystać tę rezerwę pojemności jałowej, kluczowa będzie wiedza, gdzie i w jaki sposób jony litu są magazynowane w materiale akumulatora i uwalniane z niego podczas cykli ładowania i rozładowywania. Naukowcy z Politechniki w Grazu wykonali obecnie ważny krok w tym kierunku. Korzystając z transmisyjnych mikroskopów elektronowych, byli w stanie systematycznie śledzić jonów litu podczas ich przemieszczania się przez materiał akumulatora, z niespotykaną dotąd precyzją mapować ich rozmieszczenie w sieci krystalicznej katody z fosforanu żelaza i precyzyjnie określać ich rozmieszczenie w krysztale.
Kluczowy klucz do jeszcze większego zwiększenia pojemności akumulatorów
„Nasze badania wykazały, że nawet gdy eksperymentalne ogniwa akumulatorowe są w pełni naładowane, jony litu pozostają w sieci krystalicznej katody, zamiast migrować do anody. Te związane jony wiążą się z kosztami związanymi z pojemnością” – mówi Daniel Knez z Instytutu Mikroskopii Elektronowej i Nanoanaliza na Politechnice w Grazu. Stałe jony litu są nierównomiernie rozmieszczone w katodzie. Naukowcom udało się precyzyjnie zidentyfikować obszary o różnym stopniu wzbogacenia w lit i oddzielić je od siebie z dokładnością do kilku nanometrów. W strefach przejściowych występują zniekształcenia i zniekształcenia sieci krystalicznej katody. „Te szczegóły dostarczają ważnych informacji na temat efektów fizycznych, które dotychczas utrudniały wydajność akumulatorów i które możemy uwzględnić w dalszym rozwoju materiałów” – mówi Eli Hanzo z Instytutu Chemii i Technologii Materiałów, który był ściśle zaangażowany w badanie.
Metody można również przenieść na inne materiały akumulatorów
Aby przeprowadzić badania, naukowcy przygotowali próbki materiału z naładowanych i rozładowanych elektrod akumulatorowych i przeanalizowali je pod mikroskopem atomowym ASTEM na Politechnice w Grazu. Połączyli spektroskopię strat energii elektronów z pomiarami dyfrakcji elektronów i obrazowaniem na poziomie atomowym. „Łącząc różne metody przesiewowe, byliśmy w stanie określić, gdzie lit znajduje się w kanałach kryształu i jak się tam dostaje” – wyjaśnia Nikola Schemich z Instytutu Mikroskopii Elektronowej i Nanoanalizy oraz pierwsza autorka artykułu na temat ustaleń, które zespół badawczy opublikował niedawno w czasopiśmie. Zaawansowane materiały energetyczne„Opracowane przez nas metody i zdobytą wiedzę na temat dyfuzji jonów można przenieść na inne materiały akumulatorów po niewielkich modyfikacjach, aby dokładniej scharakteryzować ich właściwości i dalej je rozwijać.”
More Stories
Ding! Christopher Ward ogłasza nowe Bel Canto
Najlepszą reklamą podczas wydarzenia Apple Mac była bezpłatna aktualizacja pamięci RAM dla MacBooka Air
Startup zajmujący się obserwacją Ziemi wychodzi z zapomnienia z 12 milionami dolarów