Нещо ново: Ядрено-магнитният резонанс разкрива тайните на стареенето на батериите
Изследователи създадоха нов способ за оценка на дълготрайното стареене на действителни акумулаторни кафези.
Изследването в действителност е ядрено-магнитен резонанс на акумулаторните кафези на батериите, като дава данни за химичните промени в лития по време на неговото зареждане, разреждане, престой и стареене.
Подходът на екипа от Националната лаборатория Аргон на Министерството на енергетиката на Съединени американски щати (ANL) се основава на ядрено-магнитния резонанс (ЯМР) – техника, която постоянно се употребява в медицината.
ЯМР спектроскопията е неинвазивна техника, която употребява магнитните свойства на атомните ядра за разбор на химическата среда, осигурявайки богата информация за атомните структури и реакциите в материалите на батериите.
Според откривателите това е първото приложение на ЯМР спектроскопията, способно точно да следи химичните промени в комерсиалните акумулатори за нескончаем интервал на употреба.
„ Прилагането на ЯМР при батериите до момента бе доста лимитирано. Но с нашата иновация се надявам, че тя ще се трансформира в „ хляба и маслото “ за откривателите и производителите, които желаят да изследват дълготрайната еволюция на своите акумулатори, без да ги отварят “, съобщи в изказване Барис Кей, химик от ANL и един от създателите на проучването.
Проследяване на измененията в лития
За да трансфорат съхранената сила в електрическа, в актуалните литиево-йонни акумулатори електролитите придвижват литиеви йони сред двата електрода. Анодите, или негативните електроди, на множеството литиево-йонни акумулатори, употребявани в електрическите автомобили, са направени от графит. За по-дълъг пробег обаче са нужни нови материали за електроди с по-висока енергийна компактност, като да вземем за пример силиций.
Необходимо е да се решат редица механически въпроси, преди силицият да стартира да се употребява пълноценно в анодите. Литиевите йони се свързват със силиция по време на процеса на зареждане на силициево-анодна акумулаторна клетка, като основават субстанции, наречени литиеви силициди.
Според откривателите това води до увеличение размера на анода с до 400%. Литият напуща анода, когато клетката се разрежда, което води до неговото стесняване.
Силициевият анод може да се напука в резултат на разширението и свиването. Литиевите силициди също по този начин са извънредно реактивни, което прави взаимоотношението им с електролита на клетката доста по-малко устойчиво.
Методът употребява магнитни полета за проучване на дълготрайното стареене на батериите Техниката на ЯМР спектроскопията е основана и употребена в изследването на ANL за следене на положението на литиевите атоми в силициево-анодните кафези по време на процесите на зареждане и разреждане, последвани от седеммесечен интервал на престой. Тя е сравнима с ядрено-магнитния резонанс (ЯМР), който се употребява в медицината за приемане на фини изображения на тялото.
Изследването на екипа прилича осъществяването на ЯМР на батерийни кафези по време на тяхната дейна работа, само че вместо изображения дава данни за измененията в химическата среда на лития по време на зареждането, разреждането, престоя и стареенето.
„ Тази информация ни даде опция да определим къде отиват литиевите атоми, по какъв начин взаимодействат с другите атоми, какъв брой литиеви атоми вземат участие в тези взаимоотношения и дали има някаква обвързвана с тях деградация. Нашата цел беше да разберем за какво силициевите аноди се разграждат с течение на времето “, споделя в изказване Евелина Уанг, постдокторант в ANL и основен създател на проучването.
