リチウム電池の動作の複雑さをよりよく理解することで、科学者は性能を向上させる機会をより簡単に特定でき、ケンブリッジ大学の科学者はその仕事のための強力な新しいツールを開発しました。 低コストで斬新な顕微鏡技術により、動作中のリチウムイオンの初めての画像が提供されました。チームは、わずかな時間で充電できるスマートフォンや電気自動車の開発を加速できると期待しています。
「より良いバッテリーとは、より多くのエネルギーを蓄えることができるバッテリー、またははるかに速く充電できるバッテリーです。理想的には両方です」と、ケンブリッジ大学の共著者であるクリストフ・シュネダーマン博士は言います。 「しかし、新しい材料でより良い電池を作り、すでに使用している電池を改善するには、電池の内部で何が起こっているのかを理解する必要があります。」
現在、リチウム電池の動作を観察するには、電子顕微鏡や、通常のX線の数十万倍の強度を持つ非常に強力なシンクロトロンX線装置などの高価で洗練された機器を使用する必要があります。 研究の筆頭著者であるアリス・メリーウェザーが説明しているように、これは科学者が実際のリチウム電池内で起こっているプロセスを実際の条件でリアルタイムに研究するための実行可能な方法ではありません。
「バッテリーの内部で何が起こっているのかを実際に研究するには、基本的に顕微鏡にXNUMXつのことを同時に実行させる必要があります。バッテリーの充電と放電を数時間にわたって観察する必要がありますが、同時に非常に高速にキャプチャする必要があります。バッテリー内で発生するプロセス」と彼女は言います。
ケンブリッジの科学者たちは、画期的な進歩を遂げるにあたり、干渉散乱顕微鏡法と呼ばれる画像技術を活用しました。この技術は、参照ビームを使用して小さな物体を画像化し、散乱する光と相互作用して測定します。 これにより、チームはコバルト酸リチウム電極内の個々の粒子をリアルタイムで画像化できるようになり、いくつかの興味深い動作が明らかになりました。
これは、バッテリーの充電と放電に伴ってリチウムイオンが出入りするときに相変化を起こす粒子の境界を示しており、これが最終的にデバイスの充電率に影響を与えました。 このメカニズムを単に観察することは、バッテリーのパフォーマンスを向上させるためにそれを操作することとはほど遠いですが、それはプロセスの重要な最初のステップです。
「リチウムイオン電池には、充電中か放電中かによって速度制限が異なることがわかりました」と、研究を主導したアクシャイ・ラオ博士は言います。 「充電するときの速度は、リチウムイオンが活物質の粒子を通過できる速度によって異なります。 放電するときの速度は、イオンがエッジに挿入される速度によって異なります。 これらのXNUMXつのメカニズムを制御できれば、リチウムイオン電池の充電がはるかに速くなります。」
さらに、この研究は、バッテリー機能のより詳細な調査をはるかに容易にする新しいイメージング技術の有望な概念実証です。 これにより、科学者は高度な電池材料を探索してその性能を追跡し、より安全で、はるかに速く充電し、はるかに多くのエネルギーを保持するデバイスへのルートを迅速に追跡できます。
「リチウムイオン電池が何十年も使用されていることを考えると、リチウムイオン電池について知っておくべきことはすべてわかっていると思いますが、そうではありません」とSchnedermann氏は言います。 「この手法により、充放電サイクルをどれだけ速く通過できるかを確認できます。 私たちが本当に楽しみにしているのは、この技術を使って次世代の電池材料を研究することです。LCOについて学んだことを使って新しい材料を開発することができます。」
研究は雑誌に掲載されました 自然.
情報源： ケンブリッジ大学
PlatoAi。 Web3の再考。 増幅されたデータインテリジェンス。
出典：https：//newatlas.com/energy/real-time-view-lithium-ions-next-gen-batteries/
