| 0 |
|
В ходе получения электроэнергии от батареи из электрода выходит поток электронов, тогда как положительные ионы накапливаются в порах катода в ожидании следующей зарядки. Это вызывает разбухание положительного электрода, а систематическое использование приводит к износу составляющего его материала. Так, недавнее исследование, спонсированное Joint Center for Energy Storage Research, показало, что ионы натрия оставляют после себя пузырьки, способные нарушать дальнейшее функционирование аккумулятора.
Однако до последнего времени, изучать с применением трансмиссионного электронного микроскопа было возможно лишь сухие (иначе, открытые) аккумуляторные элементы. В реальных батареях электроды погружены в жидкий электролит, обеспечивающий среду для перемещения ионов. «Жидкостная ячейка дает нам глобальную картину поведения электродов в среде аккумулятора» — поясняет Чунминь Ван (Chongmin Wang) специалист в области материаловедения из Pacific Northwest National Laboratory Министерства Энергетики США. Вместе с коллегами он разработал методику, позволяющую применять трансмиссионные микроскопы высокого разрешения для непосредственной визуализации того, как положительные ионы деформируют электроды. Об этом сообщает статья в Nano Letters от 11 декабря.
Созданная ими «мокрая» ячейка настолько мала, что на мелкой монете может разместиться несколько таких батарей. Она состоит из одного кремниевого и одного литиевого электродов, погруженных в резервуар с электролитом.
При зарядке кремниевый электрод, как и ожидалось, распухал. Однако если в «сухих» экспериментах электрод был прикреплен одним концом к источнику лития, и распухание начиналось только с одной стороны, то в данном случае ионы могли проникать в кремний в любой точке его поверхности, и увеличение объема электрода происходило равномерно и одновременно, по всей длине.
Общее изменение объема электрода в сухих и мокрых условиях оказалось примерно одинаково. Этот результат, как подчеркивают ученые, особенно важен, так как подтверждает корректность опытной информации, получаемой на гораздо более простых для изучения открытых ячейках. Жидкостные элементы в дальнейшем более целесообразно использовать для исследования ряда тонких аспектов процесса функционирования батарей. В частности, Ван планирует уменьшить толщину жидкого слоя как минимум вдвое для увеличения разрешения. Это может позволить наблюдать в достаточных деталях поведение твердого межфазного слоя электролита.
Предполагается, что этот слой обладает особенными свойствами, непосредственно влияющими на продуктивность зарядки и разрядки батареи. «Однако ученые не имеют точного понимания и знаний относительно того, как он формируется, каковы его структура и химический состав. Также неясно как он изменяется при повторной зарядке-разрядке. Мы рассчитываем, что жидкостная ячейка поможет нам прояснить ситуацию с этим загадочным слоем», — говорит Ван.
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
