Реакции внутри батарейки показали в 3D

Ученые из США, Швеции и Южной Кореи разработали технологию, позволяющую определять, в каком месте литий-ионного аккумулятора протекает реакция. Такие наблюдения помогут понять, как работают батарейки и как можно усовершенствовать их конструкцию. Подробности работы опубликованы в журнале Nature Communications.

По мере того, как аккумулятор заряжается или разряжается, его электроды окисляются или восстанавливаются. Современные методы позволяют лишь в среднем оценить состояние электрода – на сколько процентов он окислился. Но в каком именно месте сейчас протекает реакция, ученые узнать не могли.

Техника наблюдения за реакциями разработана совместно с Национальной лабораторией имени Лоуренса в Беркли. С помощью рентгеновской томографии ученые могут отследить десятки наночастиц литий-железо-фосфата, которые высвобождаются, когда аккумулятор заряжается. Чтобы посмотреть за каждой частицей в отдельности, ученые применили очень тонкие пучки рентгеновского излучения и наблюдали за его поглощением. Сдвигая луч, ученые могли составить схему, показывающую ход реакции с разрешением 11 нанометров, а поворачивая аккумулятор – составить трехмерную модель реакции.

«Если вы знаете, как протекает реакция в отдельном месте электрода или, еще лучше, между какими наночастицами она идет, это будет очень полезно, потому что вы сможете понять, как эти реакции коррелируют с поведением всего аккумулятора в целом. Например, как меняется время зарядки или количество циклов, которые она может пройти без потери эффективности», – пояснил один из авторов статьи, профессор Иллинойсского университета в Чикаго Джорди Кабана.