Рідкісний кадр: 3D-катод в акумуляторі смартфона

Розробки

Рідкісний кадр: 3D-катод в акумуляторі смартфона

3D-модель кобальтового катода літій-іонного акумулятора (такі використовуються в Айфонах і Android-смартфонах) показала, чому одні комірки старіють швидше, ніж інші. Вчені відсканували в тривимірному вимірі (у 3D) мікроструктуру позитивного електрода LiCoO2 (LCO). Для цього застосовувався метод фокусованого електронно-іонного пучка мікроскопа FIB-SEM.

Подивимося, що у них вийшло. Neovolt.ru Блог Науково-популярноеУченые зробили те, що вже давно потрібно було сделатьСама ідея зняти катод в 3D-проекції з реально існуючої (виготовленої на заводі) кобальтової осередку виникла у вчених в ході великого дослідження [ось воно].

Робота Джеймса Вілсона, Скотта Кроніна, Скотта Барнетта і Стівена Харріса присвячена чинників, з-за яких довговічність літій-іонної батареї вже тридцять років залишає бажати кращого. Наприклад, термін служби батареї 5-8 років турбує* зараз всіх виробників електромобілів. * – Про проблеми електромобілів можна почитати на Autonews (що до чого).

Вчені використовували скануючий електронний мікроскоп. Методом сфокусованого іонного пучка вони обстежили позитивний електрод просто купленого в магазині акумулятора. І прийшли до дуже цікавих висновків.

Анімована 3D-модель катода LiCoO2 Li-ion-акумулятор в динаміці.Анімована 3D-модель катода LiCoO2 Li-ion-акумулятор в динаміці.3D-модель кобальтого катода Li-ion дещо проясняетНа показаної вище тривимірній проекції зробили кількісний аналіз.

Частинки виявилися абсолютно неправильної форми (і це проблема). Зверніть увагу, яке значне внутрішнє розтріскування!Тріщини призводять до зменшення (притому серйозному) середньої довжини дифузії літію. Простими словами площа поверхні частинки катода з такими растрескиваниями буде більше, ніж у правильної сферичної частинки з тієї ж об’ємною часткою.

Тріщина на 3D-моделі кобальтового катода під збільшенням.Тріщина на 3D-моделі кобальтового катода під збільшенням.Взагалі з часом будь-яка батарея деградує, як відомо, і виходить з ладу — такий собі расходник.

І як раз тріщини на частинках катода пов’язані з таким старінням. Розтріскана поверхню, вигнуті і опуклі форми заважають спроектованим маршрутами перенесення літію всередині часток.Тобто в будь-якому абсолютно новому літій-іонному акумуляторі з кобальтовим катодом виявляються проблемні частинки.
Вони перешкоджають ефективному перенесенню літію, погано впливають на напруги всередині частинок і тим самим прискорюють процес деградації. Катод з таких кобальтових частинок схильний до руйнування (і супутніх ризиків виходу з ладу всієї комірки).

Related posts

Leave a Comment