ESRF рассказал о вкладе синхротронного излучения в разработку новых аккумуляторов и источников тока
На ESRF было проведено более ста экспериментов, связанных с оптимизацией аккумуляторов и источников тока, сообщает сайт организации.
На станции ID16A были изучены дефектные области отбракованных промышленных аккумуляторов, чтобы на атомном уровне выявить влияние структурных дефектов на производительность.
На станции IDO1 изучался механизм разрушения кремниевых анодов и его влияние на емкость литий-ионного аккумулятора. Кремниевые аноды могут накапливать в 10 раз больше заряда, чем графитовые, однако из-за значительного (почти в 4 раза) изменения размера анода при зарядке он быстро разрушается.
В экспериментах по изучению причин быстрой деградации платинового катализатора в химическом источнике тока на станции ID31 удалось увидеть, как атомы располагаются и перемещаются по поверхности во время процессов окисления (основной реакции, из-за которой происходит растворение платины). Зная, как располагаются и движутся атомы, ученые смогут повысить стабильность катализатора, располагая наночастицы определенным образом. Также неправильное движение можно будет подавлять с помощью поверхностных добавок.
Эксперименты на станции ID19 позволяют найти решение, как избежать взрыва аккумулятора при внутреннем коротком замыкании. Это очень важно для электромобилей, потому что поврежденная при аварии батарея может мгновенно вспыхнуть.
На станции ID15A изучалось перемещение атомов лития при зарядке аккумулятора. При слишком быстрой зарядке аккумулятора литий располагается поверх графита, а не находится внутри него. Это явление называется «литиевым покрытием». Высокое разрешение детектора впервые позволило пронаблюдать область, где вблизи «литиевого покрытия» одновременно сосуществуют графит, заполненный литием, и графит «пустой». Это очень важное наблюдение, потому что в полностью литиированном состоянии графит не пропускает атомы лития, что может вызвать проблемы с последующей зарядкой. Сокращение времени зарядки очень важно для развития электромобилей. Если время зарядки батареи станет сравнимо со временем заполнения топливного бака (около 10 мин), электромобили получат еще одно конкурентное преимущество.
ESRF — Европейский исследовательский ускорительный комплекс с источником синхротронного излучения 4-го поколения (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF), расположенный в Гренобле, Франция. Эксперименты с помощью синхротронного пучка на ESRF проводятся на 43 станциях.
Новые аккумуляторные батареи будут способствовать эффективному энергопотреблению и станут вкладом в борьбу с климатическими изменениями на Земле.