1771576179
2026-02-20 08:20:00
Команда Оксфордского университета создала передовую технику, которая позволяет четко видеть жизненно важный компонент внутри электродов литий-ионной батареи, который ученые изо всех сил пытались отследить. Результаты, опубликованные 17 февраля в журнале Природные коммуникацииможет сделать производство аккумуляторов более эффективным и помочь улучшить как скорость зарядки, так и общий срок службы литий-ионных аккумуляторов.
Исследование было сосредоточено на полимерных связующих, используемых в отрицательных электродах литий-ионных батарей (анодах). Эти связующие действуют как клей, который скрепляет материалы электродов. Несмотря на то, что они составляют менее 5% от общего веса электрода, они сильно влияют на механическую прочность, электрическую и ионную проводимость, а также на то, как долго батарея может работать при повторных циклах зарядки.
Поскольку связующие вещества присутствуют в таких небольших количествах и не имеют четких визуальных признаков, ученым было трудно определить, где именно они расположены внутри электрода. Это ограничивает усилия по точной настройке производительности батареи, поскольку способ распределения связующих напрямую влияет на проводимость, структурную стабильность и долговечность.
Запатентованная технология окрашивания раскрывает скрытую структуру
Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи разработали запатентованный метод окрашивания, который прикрепляет отслеживаемые маркеры серебра и брома к широко используемым связующим веществам на основе целлюлозы и латекса в анодах на основе графита и кремния. После маркировки связующие вещества можно обнаружить, поскольку они излучают характеристические рентгеновские лучи (измеренные с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии) или отражают высокоэнергетические электроны от поверхности образца (измеренные с помощью энергоселективной визуализации обратно рассеянных электронов).
При просмотре под электронным микроскопом эти сигналы дают подробные карты того, где расположены конкретные элементы и как выглядит поверхность электрода. Это позволяет ученым анализировать распределение связующего вещества с гораздо большей точностью, чем раньше.
Ведущий автор доктор Станислав Занковский (факультет материалов Оксфордского университета) сказал: «Эта техника окрашивания открывает совершенно новый набор инструментов для понимания того, как современные связующие ведут себя во время производства электродов. Впервые мы можем точно видеть распределение этих связующих не только в целом (т. е. их толщину по всему электроду), но и локально, в виде наноразмерных связующих слоев и кластеров, и коррелировать их с характеристиками анода».
Этот метод работает со стандартными графитовыми электродами, а также с современными материалами, такими как кремний или SiOx, что делает его актуальным как для нынешних литий-ионных батарей, так и для конструкций следующего поколения.
Быстрая зарядка и более длительный срок службы батареи
Применив новый инструмент визуализации, команда обнаружила, что даже незначительные изменения в распределении связующего могут существенно изменить эффективность зарядки аккумулятора и продолжительность его работы. В ходе испытаний корректировка этапов смешивания и сушки суспензии снизила внутреннее ионное сопротивление экспериментальных электродов на целых 40%, что является основным препятствием для быстрой зарядки.
Соавтор профессор Патрик Грант (факультет материалов Оксфордского университета) сказал: «Эти междисциплинарные усилия, охватывающие химию, электронную микроскопию, электрохимические испытания и моделирование, привели к созданию инновационного подхода к визуализации, который поможет нам понять ключевые поверхностные процессы, влияющие на долговечность и производительность аккумуляторов. Это будет способствовать прогрессу в широком спектре применений аккумуляторов».
Работа была поддержана проектом Nextrode Института Фарадея и уже вызвала значительный интерес со стороны промышленности, в том числе крупных производителей аккумуляторов и производителей электромобилей.
#Оксфордский #прорыв #может #заставить #литийионные #батареи #заряжаться #быстрее #работать #намного #дольше
Ещё по этой теме
