Wissenschaftler lösen das Rätsel, warum Akkus schlecht gehen

Jedes Mal, wenn Sie Ihre Lithium-Ionen-Batterien wieder aufzuladen, sinkt ihre Speicherkapazität nur ein kleines bisschen. D. h. warum Ihre mobilen Geräte werden nicht auf fast so lange bleiben wie sie sogar ein Jahr Taten vor. Aber dank der Forschung von der US-Department of Energy, wir endlich wissen, warum genau das geschieht und was noch wichtiger ist, wie man es verhindern.

Wie Lithium-Ionen-Akkus entladen, tragen die Lithium-Ionen (Li +) eine elektrische Ladung von der Anode zur Kathode über einem nichtwässrigen Elektrolyten. Dies ist, was Ihr Telefon versorgt. Es ist aber kein perfekt wiederholbare System, und jedes Mal, wenn die Lithium-Ionen Batterie, durchlaufen sie kurzfristige Änderungen an den Elektroden physischen Strukturen verursachen. Dies ist, was Ihre Batteriekapazität schließlich tötet.

Zwei aktuelle Studien von der Fachzeitschrift Nature Communications, von Teams bei nationalen DoE Labs veröffentlicht – darunter Lawrence Berkeley, Brookhaven, SLAC und dem National Renewable Energy Laboratory – haben in diesem Prozess intensiv spähte und einige überraschende Entdeckungen gemacht haben.

"Wir entdeckten überraschend und nie zuvor gesehene Evolution und Abbau Muster in zwei wichtigen Batteriematerialien," sagte Huolin Xin, Materialwissenschaftler am Brookhaven Labor Zentrum für funktionelle Nanomaterialien (CFN) und Co-Autor auf beiden Studien in einer Pressemitteilung. "Im Gegensatz zu groß angelegte Beobachtung untergraben die Lithium-Ionen-Reaktionen tatsächlich Materialien ungleichmäßig, Beschlagnahme auf intrinsische Schwachstellen in atomare Struktur auf die gleiche Weise, dass Rost schleicht sich ungleichmäßig über Stahl." Wie Li +-Ionen über die Nickel-Oxid-Anode, beim Entladen bewegen, verursacht es Minute Pausen des Materials, seine Kapazität verringert.

"Die Art und Weise Schneeflocken betrachten nur bilden sich um winzige Partikel oder Bits von Schmutz in der Luft", erklärt Xin. "Die Kristalle können nicht ohne eine Unregelmäßigkeit, auf glom Gestalt annehmen. Unsere Nickel-Oxid-Anode verwandelt nur metallisches Nickel durch nanoskalige Inhomogenitäten oder Mängel in der Oberflächenstruktur, ein bisschen wie Risse in der Anode Rüstung."

Auf der anderen Seite, wie Lithium-Ionen über die Kathode, beim Aufladen, dass sie eine Art von Steinsalz generieren, die eine elektrisch isolierende Kruste bildet bewegen, reduziert seine Kapazität.

"Als Lithium-Ionen-Rennen durch die Reaktion Schichten, sie verursachen Aufhäufung Kristallisation – eine Art von Steinsalz Matrix baut sich im Laufe der Zeit und beginnt, Begrenzung der Leistung," Xin sagte. "Wir fanden, dass diese Strukturen tendenziell entlang der Lithium-Ionen-Reaktion Kanäle bilden, die wir direkt unter der TEM [Transmissions-Elektronenmikroskop - Ed] visualisiert. Der Effekt war noch bei höheren Spannungen, erklären die raschere Verschlechterung deutlicher."

So nun da wir wissen, wie diese Batterien langsam im Laufe ihres betrieblichen Lebens brechen hinunter, Forscher in der Lage, die Daten in neue und robuster Batterie Designs nutzen sollte.

"Es kann möglich sein, atomare Ablagerung verwenden, um die NMC-Kathoden mit Elementen zu beschichten, die Kristallisation, Erstellen von nanoskaligen Grenzen innerhalb der Mikron mittelständische Pulver benötigt auf dem neusten Stand der Industrie, zu widerstehen", sagte Xin. "In der Tat, Berkeley Lab-Batterie-Experten Marca Doeff und Feng Lin, die jetzt arbeiten an."

Natürlich es wird ein paar Jahre sein, bevor dieser technologische Durchbruch auf dem Verbrauchermarkt rieselt, aber wenn es funktioniert, wir werden einen Schritt näher an Schneiden Bindungen mit unseren Netzkabel für das gute. [Brookhaven über R&D Mag]