Проблема хорошо известна: чем чаще батарея заряжается и используется, тем меньше емкость - срок службы батарей. Процессы, которые приводят к этому, примерно известны. Но только теперь международная команда под руководством исследователей из Центра Гельмгольца в Берлине с микроскопической точностью наблюдала, что именно происходит внутри батареи на границах между электродами при миграции ионов лития.
Аккумуляторы исследованы с помощью 3D томографии
Д-р Инго Манке, который возглавляет команду, является экспертом в 3D томографии с синхротронным излучением, особенно интенсивным рентгеновским излучением. С помощью этого неразрушающего метода визуализации можно создавать трехмерные изображения из образцов. В «Бесси II», источнике синхротронного излучения Центра Гельмгольца, этот метод доступен с высокой точностью на линии луча Федерального института исследований и испытаний материалов (BAM).
аккумулятор
Как найти правильную технологию батареи
Команда Манке исследовала ряд различных литиевых элементов во время зарядки и разрядки в различных условиях цикла. Во всех исследованных ячейках одна сторона электрода состояла из чистого лития, а другая сторона состояла из разных материалов электрода, в зависимости от выбора.
Микроструктуры образуются после нескольких циклов зарядки
Томографии показывают, как слой микроструктур образуется между слоем сепаратора и литиевым электродом после всего лишь нескольких циклов зарядки-разрядки. Эти микроструктуры состоят из реакционных соединений, которые образуются в электролите. Они могут принимать различные формы, от довольно неорганизованной грязи до мохоподобных структур и игольчатых дендритов, которые могут даже вызывать опасные короткие замыкания в батарее.
«Впервые у нас есть полная картина механизма деградации в литиевых электродах», - говорит Манке. Это не только интересно для базового понимания процессов старения в батареях, но также предоставляет ценную информацию для дизайна батарей с более длительным сроком службы.