Մաքուր և արդյունավետ էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիաները կարևոր են վերականգնվող էներգիայի ենթակառուցվածք ստեղծելու համար:Լիթիում-իոնային մարտկոցներն արդեն գերիշխող են անձնական էլեկտրոնային սարքերում և խոստումնալից թեկնածուներ են ցանցի մակարդակի հուսալի պահեստավորման և էլեկտրական մեքենաների համար:Այնուամենայնիվ, դրանց լիցքավորման տեմպերը և օգտագործման ժամկետները բարելավելու համար անհրաժեշտ է հետագա զարգացում:
Նման ավելի արագ լիցքավորվող և երկարատև մարտկոցների ստեղծմանը նպաստելու համար գիտնականները պետք է կարողանան հասկանալ գործող մարտկոցի ներսում տեղի ունեցող գործընթացները, բացահայտել մարտկոցի աշխատանքի սահմանափակումները:Ներկայումս ակտիվ մարտկոցների նյութերի աշխատանքի ընթացքում վիզուալացնելը պահանջում է սինքրոտրոնային ռենտգենյան կամ էլեկտրոնային մանրադիտակի բարդ տեխնիկա, որը կարող է դժվար և թանկ լինել, և հաճախ չի կարող բավական արագ պատկերել արագ լիցքավորվող էլեկտրոդների նյութերում տեղի ունեցող արագ փոփոխությունները:Արդյունքում, իոնների դինամիկան առանձին ակտիվ մասնիկների երկարության մասշտաբով և առևտրային առումով համապատասխան արագ լիցքավորման արագությամբ մնում է հիմնականում չուսումնասիրված:
Քեմբրիջի համալսարանի գիտնականները հաղթահարել են այս խնդիրը՝ մշակելով էժան լաբորատոր օպտիկական մանրադիտակի տեխնիկա՝ լիթիում-իոնային մարտկոցները ուսումնասիրելու համար:Նրանք ուսումնասիրել են Nb14W3O44-ի առանձին մասնիկները, որը մինչ օրս ամենաարագ լիցքավորվող անոդային նյութերից է:Տեսանելի լույսն ուղարկվում է մարտկոցի մեջ փոքր ապակե պատուհանի միջոցով՝ թույլ տալով հետազոտողներին դիտել դինամիկ գործընթացը ակտիվ մասնիկների ներսում, իրական ժամանակում, իրատեսական ոչ հավասարակշռության պայմաններում:Սա բացահայտեց առջևի նման լիթիումի կոնցենտրացիայի գրադիենտներ, որոնք շարժվում էին առանձին ակտիվ մասնիկների միջով, ինչի արդյունքում ներքին լարվածություն առաջացավ, որը որոշ մասնիկների կոտրվածքի պատճառ դարձավ:Մասնիկների կոտրվածքը խնդիր է մարտկոցների համար, քանի որ դա կարող է հանգեցնել բեկորների էլեկտրական անջատման՝ նվազեցնելով մարտկոցի պահեստավորման հզորությունը:«Նման ինքնաբուխ իրադարձությունները լուրջ հետևանքներ են ունենում մարտկոցի վրա, բայց մինչ այժմ դրանք երբեք իրական ժամանակում չէին կարող դիտվել», - ասում է Քեմբրիջի Քավենդիշ լաբորատորիայի համահեղինակ դոկտոր Քրիստոֆ Շնեդերմանը:
Օպտիկական մանրադիտակի տեխնիկայի բարձր թողունակության հնարավորությունները հետազոտողներին հնարավորություն են տվել վերլուծել մասնիկների մեծ պոպուլյացիան՝ պարզելով, որ մասնիկների ճեղքումն ավելի տարածված է դելիտիացիայի բարձր արագությամբ և ավելի երկար մասնիկների դեպքում:«Այս բացահայտումները ապահովում են ուղղակիորեն կիրառելի նախագծման սկզբունքներ՝ նվազեցնելու համար մասնիկների կոտրվածքը և տարողունակության թուլացումը նյութերի այս դասում», - ասում է առաջին հեղինակ Էլիս Մերրիուեզերը, որը Քեմբրիջի Քավենդիշ լաբորատորիայի և քիմիայի ամբիոնի ասպիրանտ է:
Առաջ շարժվելով՝ մեթոդաբանության հիմնական առավելությունները՝ ներառյալ արագ տվյալների հավաքագրումը, մեկ մասնիկի լուծումը և բարձր թողունակության հնարավորությունները, հնարավորություն կտան հետագա ուսումնասիրության, թե ինչ է տեղի ունենում, երբ մարտկոցները խափանվում են, և ինչպես կանխել դա:Տեխնիկան կարող է կիրառվել գրեթե ցանկացած տեսակի մարտկոցի նյութ ուսումնասիրելու համար՝ այն դարձնելով հանելուկի կարևոր մասը հաջորդ սերնդի մարտկոցների մշակման գործում:
Հրապարակման ժամանակը՝ Sep-17-2022