Wydaje się, że coraz częściej najlepszym wyborem w elektronice użytkowej są baterie z ogniwem krzemowo-węglowym. Te mają często większą pojemność w tym samym rozmiarze. Naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego mogą jednak odwrócić ten trend.
Zespół z Uniwersytetu Oksfordzkiego opracował metodę, która po raz pierwszy precyzyjnie ujawnia, gdzie znajdują się spoiwa polimerowe w elektrodach ujemnych baterii litowo-jonowych. Choć stanowią mniej niż 5 proc. masy elektrody, silnie wpływają na przewodnictwo, wytrzymałość mechaniczną i trwałość ogniw w cyklach pracy. Działają niczym klej, który przytrzymuje materiały elektrody obok siebie.
Badacze podkreślają, że dotąd śladowa ilość spoiwa i brak wyraźnych sygnałów obrazowych utrudniały ich śledzenie. Nowe podejście umożliwia korelację lokalnego rozkładu spoiwa z wydajnością anody, co otwiera drogę do bardziej efektywnej produkcji i celowanego ulepszania parametrów ładowania. Zespół pod przewodnictwem dr. Stanisława Zankowskiego z Uniwersytetu Oksfordzkiego pracował nad tym zagadnieniem przez 5 lat.
Jak zidentyfikować spoiwo? Wykorzystano barwienie
Klucz polega na opatentowanej procedurze znakowania srebrem i bromem popularnych lepiszczy na bazie celulozy i lateksu w anodach grafitowych oraz krzemowych. Oznaczone obszary można identyfikować dzięki charakterystycznym promieniom X (EDS) lub odbiciu wysokoenergetycznych elektronów (ESB) w mikroskopii elektronowej.
Tak uzyskane mapy pierwiastków i obrazy powierzchni umożliwiają śledzenie zarówno grubości warstw w przekroju elektrody, jak i nanoskalowych klastrów na cząstkach aktywnych. Metoda działa z powszechnie stosowanym grafitem, a także z zaawansowanymi materiałami, takimi jak krzem czy SiOx, co czyni ją użyteczną dla obecnych i przyszłych konstrukcji ogniw.
Zastosowanie narzędzia ujawniło, że nawet subtelne zmiany w dystrybucji lepiszcza znacząco wpływają na szybkość ładowania i trwałość. Dostosowanie etapów mieszania i suszenia zawiesiny obniżyło wewnętrzny opór jonowy testowych elektrod nawet o 40 proc., co usuwa istotną barierę dla szybkiego ładowania. Udało się też zobrazować ultracienkie, ok. 10 nm, warstwy karboksymetylocelulozy na grafitowych cząstkach.
Obserwacje pokazały, że początkowo jednorodna powłoka CMC podczas przetwarzania może rozpadać się na niejednakowe, miejscowe fragmenty, osłabiając stabilność i wydajność anody.
Jak wyjaśnił dr Stanisław Zankowski: “Ta technika barwienia otwiera zupełnie nowe narzędzia do zrozumienia, jak nowoczesne spoiwa zachowują się podczas produkcji elektrod. Po raz pierwszy możemy dokładnie zobaczyć rozkład tych spoiw nie tylko całościowo (czyli ich grubość w całej elektrodzie), ale także lokalnie, jako warstawy spoiw i klastry w nano skali i korelować je z wydajnością anody”.
Pracę nad badaniem wspierali członkowie projektu Nextrode z Instytutu Faradaya. Zainteresowanie badaniami wykazali producenci baterii i branża pojazdów elektrycznych. Trudno na razie powierdzieć, kiedy i jak przełoży się to na życie akumulatorów. Jak na razie nie brakuje telefonów z dobrą, dużą baterią, którą udało się wcisnąć bez dodatkowych badań w procesie produkcyjnym.
Źródło: Science Daily
Komentarze
0Nie dodano jeszcze komentarzy. Bądź pierwszy!