Naukowcy: Baterie tracą lit w kolektorze prądu

Zdjęcie: Ruhr-Universität Bochum | Tong Li

Zgodnie z informacjami ze strony Ruhr-Universität Bochum, badania naukowe potwierdzają przypuszczenie, że w bateriach litowych jony litu uciekają przez miedziany kolektor prądu. Może to ograniczać ich wydajność i żywotność.

Każda utrata litu powoduje spadek pojemności baterii litowych i skraca ich żywotność. Po tym, jak najnowsze badania doprowadziły do przypuszczenia, że podczas ładowania lit ucieka przez kolektor prądu, naukowcy z Ruhr-Universität Bochum pod kierownictwem Tong Li, a także z Instytutu Helmholtz w Ulm oraz z Instytutu Technologii w Karlsruhe pod kierownictwem Dominica Bressera dokładnie sprawdzili tę hipotezę.

Dzięki tomografii atomowej naukowcy mogli udowodnić, że jony litu rzeczywiście są włączane do kolektora prądowego z miedzi. Ta utrata wzrasta wraz z liczbą cykli ładowania, nawet w przypadku najnowocześniejszych typów baterii. „Zrozumienie tych procesów ma ogromne znaczenie dla przyszłych baterii bez anody” – mówi Tong Li.

Kolektor prądowy z miedzi to cienka folia miedziana, która pełni rolę warstwy nośnej dla anody baterii i zbiera elektrony, aby skierować je do pola ujemnego. W bateriach na bazie metalu litu lit musi móc dyfundować do kolektora prądowego z miedzi podczas cykli ładowania i rozładowywania. „Jednak dotychczas nie było jasne, gdzie dokładnie gromadzą się jony litu” – wyjaśnia Li. „Lit w miedzi jest trudny do wykrycia, ponieważ brakuje metod analitycznych umożliwiających śledzenie wysoce aktywnego i lekkiego litu.”

Zespół badawczy zastosował tomografię atomową sondową, która umożliwia tworzenie precyzyjnych trójwymiarowych map dowolnych elementów o rozdzielczości na poziomie subnanometrów. Okazało się, że lit w ciągu zaledwie jednego cyklu ładowania/rozładowania zostaje najpierw związany przy granicach ziaren i powierzchniach styku folii miedzianej. Po trzech cyklach powierzchnia folii miedzianej staje się nanokrystaliczna i utlenia się. Powstałe w ten sposób defekty dalej związują lit i tlen poniżej powierzchni, co prowadzi do rozkładu kolektora prądowego z miedzi.

„Wszystkie te informacje są ważne, aby zrozumieć, w jaki sposób kolektor prądowy wpływa na wydajność baterii litowych przyszłości”, mówi Li. Baterie z metalu litu (LMB) oraz ostatnio także LMB typu „Zero-Excess” lub bez anod uważane są za kolejne istotne kroki na drodze do jeszcze wyższych gęstości energii. Mają one znacznie przewyższyć obecną dominującą technologię jonów litu. „W przypadku LMB typu Zero-Excess zazwyczaj zakłada się, że lit nie dyfunduje do miedzianego kolektora prądowego ani z nim nie wchodzi w interakcję”, wyjaśnia Li. „W dyskusjach na temat spadku wydajności LMB straty litu w kolektorze miedzianym były dotychczas w dużej mierze pomijane.”

Także interesujące

O autorze

Thomas Langenbucher jest ekspertem od mobilności elektrycznej, który pracował w przemyśle motoryzacyjnym oraz sektorze finansowym. Od 2011 roku publikuje na stronie ecomento.de artykuły o samochodach elektrycznych, zrównoważonych technologiach i rozwiązaniach mobilnościowych. Dowiedz się więcej.

Interakcje czytelników