Feltárult és új fejlődési utat mutat az akkumulátorok 3D-s belső szerkezete

A Lancasteri Egyetem kutatói olyan technikát fejlesztettek ki, amellyel először figyelhették meg az újratölthető akkumulátorok háromdimenziós belső szerkezetét. A Nature Communications című folyóiratban publikált kutatást az egyetem Fizika Tanszékének professzora, Oleg Kolosov vezette, együttműködve a Londoni Egyetemmel és a NEXGENNA Faraday Institution Consortiummal.

A kutatócsoport egy újszerű 3D nanoreológiai mikroszkópos megfigyelésen (3DNRM) alapuló technikát alkalmazott, hogy láthatóvá tegye a 3D nanoszerkezetet az újratölthető lítium-ion akkumulátorok belsejében, a molekuláris szintű elektromos kettős rétegtől a grafit anódfelületen lévő nanoszintű vastag elektrokémiai felületig.

A kutatócsoport szerint ez először tette lehetővé, hogy közvetlenül megfigyeljék a szilárd elektromos határfelület (SEI) teljes háromdimenziós szerkezetének alakulását. Ez az elektróda és az elektrolit határfelületén kialakuló nanoszintű passziváló réteg az, ami elsősorban meghatározza egy akkumulátor kulcsfontosságú tulajdonságait.

A tudósoknak sikerült feltárni az SEI-réteg kialakulásának legfontosabb előrejelző jelenségeit, ami hatalmas eredmény, hiszen a szilárd-folyadék határfelületek nanoarchitektúrája kritikus fontosságú a nagy teljesítményű akkumulátorok vizsgálatában, csakhogy a belső reakcióhatárokat a hozzáférhetetlenség miatt eddig nehéz volt jellemezni.

 „Mindig is a SEI-képződés mechanizmusának megértése volt a legnagyobb kihívást jelentő és legkevésbé feltárt terület, mivel nem volt olyan határfelületi jellemzési technika, ami alkalmas lett volna nanoméretű felbontásra és az üzemelő akkumulátorok környezetében való működés megfigyelésére” – magyarázta Dr. Yue Chen, a tanulmány egyik szerzője.

A határfelületi reakciók dinamikája határozza meg az energiaáramlást és -átalakítást, illetve szabályozza a kémiai és biológiai folyamatokat, a katalitikus reakcióktól kezdve az energiatároláson és -felszabadításon át az antigén-antitest kölcsönhatásokig és az idegsejteken keresztüli információátvitelig. A kutatók úgy vélik, hogy az új technika számára rengeteg út nyílik, például az energiatárolási megoldások, vegyészmérnöki tudományok és orvosbiológiai alkalmazások területén.

Gábor János, NEW technology