Živý obvod vo vnútri batérie

Neutrónové lúče zviditeľňujú, prečo lítium-iónové batérie strácajú energiu

Skúmané lítium-iónové články © A. Heddergott / TUM
čítať nahlas

Smrteľné usadeniny: Lítium-iónové batérie sú dosť robustné, ale niekedy ich výkon prudko klesne, v najhoršom prípade môže rušivý účinok dokonca spôsobiť zápal batérie. Dôvodom sú usadeniny kovového lítia vo vnútri. Keď k tomu dôjde a prečo, nemeckí vedci to teraz zistili - pozeraním pomocou neutrónových lúčov do nabíjacej batérie.

Mobilné telefóny, digitálne fotoaparáty, kamery, notebooky: všetky sú napájané lítium-iónovými batériami. Vyznačujú sa vysokou hustotou energie, ale ešte stále nie sú príliš ťažké alebo príliš veľké na prenosné zariadenia. „Lítium-iónová batéria dokáže uložiť trikrát až štyrikrát viac energie ako nikel-kadmiová batéria rovnakej veľkosti, “ vysvetľuje Ralph Gilles z Technickej univerzity v Mníchove (TUM). Kolísanie teploty a dlhšie skladovanie nie sú pre lítium-iónové batérie problémom.

Kvôli týmto výhodám sa lítium-iónové batérie tiež považujú za kľúčovú technológiu pre elektromobilitu. V nie príliš vzdialenej budúcnosti by elektrické vozidlá mali byť schopné držať krok s dopravnými prostriedkami poháňanými palivami - aj pokiaľ ide o dojazd. Vyžaduje si to výkonné, bezpečné a rýchlo nabíjateľné batérie.

Depozícia kovu namiesto iónov

Tento cieľ je už známym, ale ešte neskúmaným javom: vylučovanie kovového lítia, tzv. Lítiové pokovovanie. To sa môže stať, keď niektoré lítne ióny migrujú podľa potreby pri zaťažení grafitovej anódy, ale tam sa transformujú na kovové lítium. To sa usadí na anóde a tým blokuje časti jeho povrchu. Výkon batérie sa tým zníži. V extrémnych prípadoch to môže dokonca viesť k skratu a požiaru.

Ako však toto lítiové pokovovanie funguje podrobne a čo ho spúšťa, nikdy predtým nebolo vidieť. Keď je batéria otvorená, dá sa pozorovať iba snímka stavu, vysvetľuje Gilles. Napravte vedcov pomocou výskumného zdroja neutrónov TU v Mníchove. Tam nabíjali lítium-iónové batérie počas nabíjania a vybíjania neutrónovými lúčmi. Pretože tento lúč je rozptyľovaný odlišne v závislosti od prvku a stavu, je možné určiť, koľko kovového lítia sa vytvára. zobraziť

Rýchle načítanie problém zvyšuje

Merania ukázali, že čím rýchlejšie sa batéria nabíja, tým viac kovového lítia sa tvorí. Ako uvádza vedci, až 19 percent lítiových iónov, ktoré sa bežne podieľajú na procese nabíjania a vybíjania, je potom prítomných ako kovové lítium. Aj keď 20 hodín po procese rýchleho nabíjania sa časť kovového lítia vrátila na grafit a konvertovala sa späť na lítiové ióny. Týmto spôsobom je však reverzibilná iba časť lítnej platiny. Nízke teploty sa tiež zdajú byť nepriaznivé a tiež podporujú tvorbu kovového lítia.

Vedci chcú vo viacerých experimentoch zistiť, čo to konkrétne znamená pre nabíjačky budúcnosti. Tieto výsledky by mohli pomôcť zistiť, ako sa možno tomuto fenoménu v najväčšej možnej miere vyhnúť. Zahŕňa to aj odpoveď na otázku, ako rýchlo sa môže nabíjať pred použitím lítiového pokovovania. (Journal of Power Sources, 2014; doi: 10, 016 / j.jpowsour.2014.07.168)

(Technická univerzita v Mníchove, 03.09.2014 - NPO)