Метод отслеживает, что происходит внутри батарей

Будущее мобильности — за электромобилями, грузовиками и самолетами. Но нет никакой возможности, чтобы одна конструкция батареи могла питать это будущее. Даже батареи мобильных телефонов и ноутбуков имеют разные требования и разные конструкции. Батареи, которые потребуются в течение следующих нескольких десятилетий, должны быть адаптированы к их конкретному использованию. А это означает как можно более точное понимание того, что происходит внутри батареи каждого типа.

Каждая батарея работает по одному и тому же принципу:ионы, представляющие собой атомы или молекулы с электрическим зарядом, переносят ток от анода к катоду через материал, называемый электролитом, а затем обратно. Но их точное движение через этот материал, будь то жидкость или твердое вещество, десятилетиями озадачивало ученых. Точное знание того, как различные типы ионов перемещаются через различные типы электролитов, поможет исследователям выяснить, как повлиять на это движение, чтобы создать батареи, которые заряжаются и разряжаются способами, наиболее подходящими для их конкретного использования.

Группа ученых продемонстрировала комбинацию методов, которая позволяет точно измерять ионы, проходящие через батарею. Комбинация различных экспериментальных методов измеряет скорость и концентрацию, а затем сравнивает их с теорией. Эти методы включают использование ультраярких рентгеновских лучей для измерения скорости ионов, движущихся через батарею, и одновременное измерение концентрации ионов в электролите во время разрядки модели батареи. Затем исследовательская группа сравнила свои результаты с математическими моделями. Их результатом является чрезвычайно точная цифра, представляющая ток, переносимый ионами, — то, что называется транспортным числом.

Транспортное число - это, по существу, количество тока, переносимого положительно заряженными ионами, по отношению к общему электрическому току; по расчетам команды, это число составляет примерно 0,2. Этот вывод отличается от выводов, сделанных другими методами, из-за чувствительности этого нового способа измерения движения ионов.

Для этого эксперимента исследовательская группа использовала твердый полимерный электролит вместо жидких, широко используемых для литий-ионных аккумуляторов. Полимеры безопаснее, поскольку они не вызывают проблем с воспламеняемостью некоторых жидких электролитов.

В прошлом лучший способ исследовать внутреннюю работу батарей заключался в том, чтобы пропустить через них ток, а затем проанализировать, что произошло после этого. Возможность отслеживать движение ионов в режиме реального времени дает ученым возможность изменить это движение в соответствии с потребностями конструкции батареи.

Следующим шагом будет анализ более сложных полимеров и других материалов, таких как кальций и цинк, и, в конечном итоге, превращение их в жидкие электролиты.