Стандартные ионно-литиевые батареи, которые питают практически все – от мобильного телефона до электромобиля имеют электроды, содержащие интеркалированные соединения. Они способны заряжаться и разряжаться без существенного изменения в объеме или структуре, но ограничены в отношении плотности энергии. Впервые исследователи нашли способ ясно увидеть, что на самом деле происходит внутри электродов и что ведет к такому короткому сроку службы, потенциально создавая возможность изменить ситуацию вокруг этой проблемы. Они опубликовали свое исследование в четверг в журнале Science..
Используя микрорентгенографические лучи, исследователи показали, что олово -оксидные электроды расширяются во время зарядки, благодаря притоку ионов лития. Оказывается, индуцированное увеличение в объеме вызывает необратимые повреждения путем формирования трещин внутри электродных частиц. Мартин Эбнер , один из авторов исследования и аспирант ETH Zurich, сказал, что образование трещин не является случайным; трещины образуются на местах, где уже существуют дефекты. Во время разряда томография изображений показала, что объем снижается, но трещины не дают электроду вернуться в исходное состояние.
Важно отметить, что этот метод может быть повторен с использованием других материалов, что может привести путь к улучшению батарей в целом. “Визуализация батареи в эксплуатации стала возможной благодаря последним достижениям в рентгеновской томографии. Исследователи пришли к выводу, что тип количественных трехмерных изображений и изображений с временным разрешением литиирования частиц, показанных в этой работе, смогут предоставить экспериментальные данные, необходимые для понимания сложных электрохимических и механических взаимодействий в кремнии и связанных с ним материалах.