Рентген объяснил причины разрушения твердотельных батарей
Исследователи из Технологического института Джорджии использовали рентгеновскую компьютерную томографию для визуализации в реальном времени процесса формирование трещин возле краев поверхностей контакта компонентов твердотельных батарей.
Аккумуляторы, состоящие только из твердых деталей, интересуют ученых последние годы из-за способности безопаснее хранить большее количество энергии. Но создание стабильных, долговечных устройств – сложная задача. Ученые из Технологического института Джорджии визуализировали процесс образования трещин вблизи поверхностей контакта компонентов, сообщает sciencedaily.com. Результаты исследования могут помочь специалистам в поисках способов улучшения систем хранения энергии.
Отчет о проекте опубликован в ACS Energy Letters.
«Твердотельные батареи могут быть безопаснее литий-ионных устройств и более энергоемкими. Это – идеальное решение для автомобилей и самолетов с электродвигателями, — сказал Мэтью Макдауэлл. – Технологически, это – очень быстро развивающееся поле, интересующее многие компании».
Исследователи создали аккумулятор с керамическим диском, заменяющим традиционный жидкий электролит, зажатым между двумя кусками твердого лития.
«Определение, как соединить эти элементы и заставить стабильно работать долгое время – сложная задача, — сказал Макдауэлл. – Мы стремились создать максимально долговечные поверхности контакта».
Исследователи поместили батарею под рентгеновский микроскоп и запустили ее, наблюдая за физическими изменениями, указывающими на распад. Медленно, за несколько дней, на диске сформировалась паутина трещин. Она развивалась вдоль пограничного слоя металлического лития и твердого электролита. Ученые выяснили, что растрескивание в процессе эксплуатации создает сопротивление потоку ионов.
«На поверхностях контакта возникают нежелательные химические реакции, — сказал Макдауэлл. – Обычно их считают причиной разрушения батарей. Но мы выяснили, что в некоторых материалах растрескивание, а не химия влияет на эффективность аккумуляторов».
Решение проблемы станет одним из первых шагов к раскрытию потенциала твердотельных батарей. Наблюдаемое разрушение, вероятно, возникает в разных устройствах данного типа. Исследование может привести к созданию более прочных поверхностей контакта.
