Nedostatky li-ion batérií odhalené vďaka röntgenovej a neutrónovej tomografii

0

Röntgenová a neutrónová tomografia môže byť podľa medzinárodného vedeckého tímu veľkým prínosom pri vývoji nových a lepších li-ion batérií. A to najmä z hľadiska ich životnosti. Čo odhalila?

Pri vývoji lepších batérií sa okrem experimentov súvisiacich s ich zložením a pomerom materiálov môžu zásadným spôsobom podieľať aj metódy, vďaka ktorým je možné sledovať procesy vo fungujúcej batérii či odhaľovať jej defekty.

Li-ion batérie, presnejšie batériové články, majú často formu valca (ako napr. batérie Tesla). Štruktúra tohto typu článkov pozostáva z husto navinutej „sendvičovej“ vrstvy katódy a elektrolytu. Skúmanie procesov a defektov vo vnútri batérie je tak skoro nemožné.

To však zrejme zmení výskum medzinárodného tímu, ktorý tvoria vedci z Helmholtz-Zentrum Berlin a University College London. Pomocou kombinovanej metódy röntgenovej a neutrónovej tomografie totiž dokázali analyzovať mikroštruktúru elektród a detekovať deformácie a diskontinuity, ktoré vznikajú v priebehu nabíjacích cyklov.

„Neutrónová tomografia nám umožnila priamo sledovať migráciu iónov lítia a tiež určiť, ako sa časom mení distribúcia elektrolytu v rámci batériového článku,“ vysvetľuje Dr. Ingo Manke, odborník na tomografiu.

Vyvinutá matematická metóda potom umožnila zobraziť výstupy tomografie v počítači a namodelovať obraz vnútra skúmanej batérie, vrátane virtuálneho „rozvinutia“ elektródy. Využil sa pritom algoritmus, ktorý sa používa pri skúmaní zvitkov papyrusu.

Zistenia

Vďaka röntgenovej a neutrónovej tomografii, ako aj spomínanému matematickému algoritmu, objavil vedecký tím viacero problémov, ktoré bude treba v rámci ďalšieho vývoja li-ion batérií vyriešiť. Vnútorné vinutie článku totiž vykazuje odlišnú elektrochemickú aktivitu (a teda kapacitu lítia), než je tomu v prípade vonkajšieho vinutia.

Odlišná je tiež horná a dolná časť batériového článku. Neutrónová tomografia navyše odhalila, že v niektorých častiach je nedostatok elektrolytu, čo negatívne ovplyvňuje fungovanie príslušnej elektródovej časti. Je tiež možné, že používanie batérie vedie k „nerovnomerným“ procesom v rámci anódy.

Tieto zistenia a metódy, ktoré pomohli identifikovať spomínané problémy, majú podľa Mankeho umožniť vývoj konkrétnych stratégií, ktoré povedú k vylepšenému dizajnu valcových (cylindrických) li-ion batériových článkov, čím by sa mohli eliminovať ich neduhy.

Zdroj: Helmholtz Berlin, titulná ilustračná fotografia: PNNL

SÚVISIACE ČLÁNKY:
Slovenská „Gigafactory“ chce vyrábať batérie pre elektromobily „na mieru“
Ropný gigant chystá nenabíjateľné hliníkovo-vzduchové batérie pre elektromobily
Vedci vyriešili desaťročia trvajúcu záhadu okolo Li-ion batérií

Podporte článok zdieľaním cez:

O autorovi

Vyštudovaný Mediamatik na Žilinskej univerzite a šéfredaktor vášho jedinečného Tesla magazínu. Zaujímam sa o informácie z oblasti elektromobility, IKT, vedy, histórie a technologických inovácií. Okrem sýtenia svojích informačných a znalostných potrieb, športujem, spievam v rockovej kapele a rád chodím do prírody:-) Pripravujem pre Vás aj portál o dopravnom systéme HYPERLOOP. Kontaktovať ma môžete prostredníctvom redakčného emailu redakcia(zav.)teslamagazin.sk | Google+ |

Pridajte komentár