В Стэнфорде раскрыли секреты происходящего в батарее на наноуровне

В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Science, коллектив инженеров Стэнфорда и теоретиков MIT рассказал об эксперименте по визуализации электрохимических реакций в литий-ионных батареях на уровне участвующих в них наночастиц. Наблюдавшиеся впервые в реальном времени процессы оказались более сложными, чем предполагалось до этого. Достигнутое углублённое понимание электрохимии батарей может иметь далекоидущие последствия для совершенствования конструкции таких устройств.

Прозрачную батарею, в которой использовали те же активные материалы, что обычно применяются в батареях для смартфонов и электромобилей, ученые спроектировали и изготовили совместно с компанией Hummingbird Scientific. В её корпусе были проделаны два тонких «окна» из нитрида кремния. Электрод батареи, состоял из одного слоя наночастиц фосфата железа/лития, нанесенного на мембрану, солевой электролит заполнял промежуток между окнами.

Эта миниатюрная батарея удерживала в 10 млрд раз меньше заряда, чем смартфонная, но зато позволила увидеть в наномасштабе детали протекающих в ней процессов.

В частности, авторы смогли установить, что насыщение литием при разрядке происходит гораздо равномернее, чем обратный процесс, а быстрая зарядка улучшает однородность вывода ионов лития из электрода, снижая механические напряжения в электроде и увеличивая циклическую стабильность батареи.

Они указывают, что результаты исследования применимы, помимо электродов батарей, к катализаторам, устройствам памяти и к так называемым умным стёклам с изменяемой прозрачностью.