Oksfordo universiteto tyrėjai sukūrė naują būdą aptikti polimerinius rišiklius ličio jonų baterijų neigiamajame elektrode. Kalbama apie vadinamuosius polimerinius rišiklius, naudojamus baterijos anode.
Nors jie sudaro mažiau nei penkis procentus elektrodo masės ir neturi ryškių struktūrinių požymių, būtent šios medžiagos sujungia elektrodą į visumą, užtikrina laidumą ir mechaninį stabilumą. Dėl nedidelio jų kiekio įprastais metodais juos labai sunku aptikti.
Pažangus dažymo metodas su sidabru ir bromu
Medžiagų mokslo katedros tyrėjas Stanislavas Zankovskis kartu su komanda pritaikė naują dažymo techniką. Mokslininkai pažymėjo celiuliozės ir latekso pagrindo rišiklius sidabru ir bromu. Atliekant rentgeno spektroskopinę analizę šios žymės davė aiškų, lengvai atpažįstamą signalą, todėl buvo galima tiksliai pamatyti, kaip rišikliai pasiskirstę elektrode.
Papildomai taikyta elektroninė mikroskopija, kuri leido nustatyti, kaip tiksliai šios medžiagos išsidėsčiusios elektrodo viduje ir jo paviršiuje.
Pasak S. Zankovskio, šis metodas atveria naujas galimybes suprasti, kaip šiuolaikiniai rišikliai elgiasi gaminant elektrodus. Dabar galima tiksliai matyti jų pasiskirstymą per visą elektrodo storį, atskirus nanosluoksnius ir sankaupas, o tai galima tiesiogiai sieti su anodo darbu.
Maži pokyčiai – didelis poveikis baterijos charakteristikoms
Naudodama šį metodą komanda nustatė, kad net ir nedideli rišiklio pasiskirstymo pokyčiai gali stipriai paveikti baterijos savybes. Vien pakeitus elektrodo mišinio maišymo ir džiovinimo procesą, pavyko sumažinti vidinę joninę varžą iki 40 procentų.
Didelė joninė varža yra vienas pagrindinių veiksnių, ribojančių greitą ličio jonų baterijų įkrovimą. Todėl šis pasiekimas yra itin svarbus siekiant greitesnio ir kartu saugaus baterijų įkrovimo.
Problemos su ultraplonomis apsauginėmis dangomis
Tyrėjai taip pat aptiko problemą, susijusią su ypač plonais – apie 10 nanometrų storio – karboksimetilceliuliozės sluoksniais, kuriais padengiamas grafitas. Teoriškai ši danga turėtų būti vientisa, tačiau apdorojant elektrodą ji dažnai suyra į netolygias sritis. Tai pablogina baterijos darbą ir jos ilgaamžiškumą.
Profesorius Patrikas Grantas, taip pat dalyvavęs tyrime, pažymėjo, kad chemijos, elektroninės mikroskopijos, elektrocheminių bandymų ir modeliavimo derinys leido sukurti naują požiūrį į procesų, lemiančių baterijų ilgaamžiškumą ir efektyvumą, vizualizavimą.
Galimybės naujos kartos baterijoms
Patentavimui pateiktas dažymo metodas tinka ne tik grafitiniams elektrodams, bet ir silicio bei SiOx pagrindo medžiagoms. Tai atveria kelią tobulinti būsimas baterijų konstrukcijas, ypač siekiant didesnio energijos tankio ir spartesnio įkrovimo.
Ličio jonų baterijos šiandien turi didžiausią energijos tankį tarp visų plačiai naudojamų energijos kaupimo technologijų. Būtent jos leidžia veikti išmaniesiems telefonams, nešiojamiesiems kompiuteriams ir elektromobiliams. Naujas metodas gali padėti padaryti šias baterijas ilgaamžiškesnes ir geriau pritaikytas itin greitam įkrovimui.
