Công nghệ lưu trữ năng lượng sạch và hiệu quả là điều cần thiết để thiết lập cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo.Pin Lithium-ion đã chiếm ưu thế trong các thiết bị điện tử cá nhân và là ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các phương tiện lưu trữ cấp lưới điện và xe điện đáng tin cậy.Tuy nhiên, cần phải phát triển thêm để cải thiện tốc độ sạc và thời gian sử dụng của chúng.
Để hỗ trợ sự phát triển của loại pin sạc nhanh hơn và lâu hơn như vậy, các nhà khoa học cần có khả năng hiểu các quá trình xảy ra bên trong pin đang hoạt động, để xác định các hạn chế đối với hiệu suất của pin.Hiện tại, việc hình dung các vật liệu pin hoạt động khi chúng hoạt động đòi hỏi các kỹ thuật chụp X-quang hoặc kính hiển vi điện tử phức tạp, có thể khó khăn và tốn kém, và thường không thể hình ảnh đủ nhanh để nắm bắt những thay đổi nhanh chóng xảy ra trong vật liệu điện cực sạc nhanh.Kết quả là, động lực học ion trên quy mô chiều dài của các hạt hoạt động riêng lẻ và ở tốc độ sạc nhanh liên quan đến thương mại vẫn chưa được khám phá.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã khắc phục vấn đề này bằng cách phát triển một kỹ thuật hiển vi quang học chi phí thấp dựa trên phòng thí nghiệm để nghiên cứu pin lithium-ion.Họ đã kiểm tra các hạt riêng lẻ của Nb14W3O44, một trong những vật liệu làm anốt sạc nhanh nhất cho đến nay.Ánh sáng nhìn thấy được truyền vào pin thông qua một cửa sổ kính nhỏ, cho phép các nhà nghiên cứu theo dõi quá trình động lực học bên trong các hạt hoạt động, trong thời gian thực, trong các điều kiện không cân bằng thực tế.Điều này tiết lộ các gradient nồng độ liti giống như phía trước di chuyển qua các hạt hoạt động riêng lẻ, dẫn đến biến dạng bên trong khiến một số hạt bị gãy.Sự cố vỡ hạt là một vấn đề đối với pin, vì nó có thể dẫn đến ngắt điện của các mảnh vỡ, làm giảm khả năng lưu trữ của pin.Đồng tác giả, Tiến sĩ Christoph Schnedermann, từ Phòng thí nghiệm Cavendish của Cambridge, cho biết: “Những sự kiện tự phát như vậy có tác động nghiêm trọng đến pin, nhưng không bao giờ có thể được quan sát trong thời gian thực trước đây”.
Khả năng thông lượng cao của kỹ thuật hiển vi quang học cho phép các nhà nghiên cứu phân tích một lượng lớn các hạt, cho thấy rằng hiện tượng nứt hạt phổ biến hơn với tỷ lệ phân tách cao hơn và ở các hạt dài hơn.Tác giả đầu tiên Alice Merryweather, một ứng cử viên tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Cavendish và Khoa Hóa học của Cambridge, cho biết: “Những phát hiện này cung cấp các nguyên tắc thiết kế có thể áp dụng trực tiếp để giảm sự đứt gãy của hạt và giảm dung tích trong loại vật liệu này.
Trong tương lai, những ưu điểm chính của phương pháp này - bao gồm khả năng thu thập dữ liệu nhanh chóng, độ phân giải đơn hạt và khả năng thông lượng cao - sẽ cho phép khám phá sâu hơn những gì sẽ xảy ra khi pin hỏng và cách ngăn chặn nó.Kỹ thuật này có thể được áp dụng để nghiên cứu hầu hết mọi loại vật liệu pin, khiến nó trở thành một mảnh ghép quan trọng trong quá trình phát triển pin thế hệ tiếp theo.
Thời gian đăng: 17-9-2022