Bolja tekstura metala za bolje baterije

Kako bi stvorili bolje baterije za električna vozila, mobilne uređaje i pohranu obnovljive energije, istraživači su istražili nove materijale, nove dizajne, nove konfiguracije i novu kemiju.

Novi rad iz laboratorija UChicago Pritzker School of Molecular Engineering za pohranu i pretvorbu energije prof. Shirley Meng i industrijskog partnera Thermo Fisher Scientific, pokazao je kako poboljšanje teksture metala koji se koristi u baterijama uvelike poboljšava performanse.

"Meki metali poput litija i natrija imaju izvrsna svojstva da budu negativne elektrode baterija, pri čemu se litij smatra ultimativnim anodnim materijalom za buduće visokoenergetske punjive baterije", rekla je profesorica PME UChicaga Shirley Meng, profesorica molekularnog inženjerstva. "Postoji praznina u razumijevanju orijentacije zrna, također poznato kao tekstura, kako takav faktor utječe na performanse punjive metalne baterije."

"U našem smo radu otkrili da dodavanje tankog sloja silicija između metalnog litija i kolektora struje pomaže u stvaranju željene teksture", rekao je profesor Minghao Zhang, prvi autor novog djela. "Ova je promjena poboljšala kapacitet brzine baterije za gotovo deset puta u svim solid-state baterijama koje koriste metalni litij."

Idealna tekstura za anodu baterije je ona u kojoj se atomi mogu brzo kretati duž površine. Ovaj brzi pokret pomaže bržem punjenju i pražnjenju baterije.

Budući da se baterije s metalnim litijem ili natrijem oslanjaju na ove teksture za mogućnost povoljnije brzine, tim se pitao može li podešavanje teksture mekih metala poboljšati gustoću snage.

Za ovo istraživanje bilo je potrebno prijeći prepreku u mikroskopiji. Kako bi proučili materijal, grupa je spojila mljevenje u okviru plazma fokusiranog elektronskog mikroskopa za skeniranje ionskog snopa (PFIB-SEM) s mapiranjem difrakcije povratnog raspršenja elektrona (EBSD). Zajedno su dvije tehnike mogle proučavati teksturu na nove načine.

"Prikupljanje informacija o teksturi mekih metala izazovno je, prvenstveno zbog poteškoća u pristupu području interesa i reaktivnosti metala litija i natrija", rekao je koautor studije Zhao Liu, viši menadžer za razvoj tržišta tvrtke Thermo Fisher Scientific. "PFIB-EBSD kombinacija je prikladna za ovu studiju, budući da PFIB može učinkovito pristupiti području od interesa unutar niza ćelija, proizvodeći visokokvalitetnu površinu s minimalnim nedostacima, dok EBSD pruža detaljne informacije o teksturi mekog metala."

Tim se udružio s Frontier Research laboratorijem tvrtke LG Energy Solution , koja će raditi na komercijalizaciji tehnologije, a sljedeći izazov za istraživače je smanjiti tlak koji se koristi tijekom testiranja s 5 megapaskala (MPa) na 1 MPa, trenutni industrijski standard za komercijalno dostupne baterije. Također planiraju proučavati utjecaj teksture na natrij, koji je Meng dugo proučavala kao jeftinu, lako dostupnu alternativu litiju.

Rad objavljen u časopisu Joule možete pronaći na ovoj poveznici.