Команда исследователей из Аргоннской национальной лаборатории США, специализирующаяся на разработке материалов для твердотельных батарей, решила обойти стандартные методы исследования, чтобы взглянуть на небольшие, но важные дефекты в батареях, известные как мягкие короткие замыкания. Их открытия обещают принести значительную пользу специалистам по аккумуляторам по всему миру.
Исследователи из Аргонна представили новые данные о ранних признаках отказа батарей, особенно важных для понимания состояния, известного как «мягкое короткое замыкание». Это исследование предоставляет ценную информацию и методы для улучшения аккумуляторов, в частности, для электромобилей (EV).
Использование металлического лития в аккумуляторах может вызвать серьезные проблемы, так как этот материал может реагировать с жидкими электролитами, используемыми в традиционных батареях. Электролиты несут заряженные частицы, называемые ионами, между двумя электродами батареи, конвертируя накопленную энергию в электричество.
При нормальном функционировании батареи ионы перемещаются от анода к катоду через электролит при разряде. Электроны же двигаются от анода к внешнему устройству (например, телефону или электромобилю) и затем возвращаются к катоду, обеспечивая энергию устройства. При зарядке процесс меняется.
Однако использование лития может нарушить этот процесс. При зарядке нити лития могут вырастать от анода и проникать в электролит. Если эти нити достигают катода и образуют постоянное соединение между электродами, то все электроны начнут двигаться через него, не выходя из батареи для питания устройств. Этот процесс также препятствует движению ионов между электродами.
Это известно как внутреннее короткое замыкание. Батарея выходит из строя, и устройство больше не получает питание.
Одним из способов решения этой проблемы может быть использование твердых электролитов с металлическим литием в твердотельных батареях, что помогло бы уменьшить риск образования нитей лития.
В ходе своих исследований команда из Аргонна заметила необычное поведение своих батарей. Исследователи многократно заряжали и разряжали свои батареи, измеряя различные электрические параметры. Они обнаружили, что в батареях возникали мягкие короткие замыкания, которые представляют собой кратковременные и крошечные дефекты.
В случае мягкого короткого замыкания нити лития растут от анода к катоду, но их размер меньше, чем при обычном коротком замыкании. Некоторые электроны могут оставаться внутри батареи, другие же могут переходить на внешние устройства. При этом движение ионов между электродами сохраняется.
Команда из Аргонна внесла существенный вклад в понимание и анализ мягких коротких замыканий в батареях. Их исследование, опубликованное в журнале Joule, включает более десятка методов обнаружения и анализа этого явления, что поможет исследователям лучше понять состояние своих батарей и предотвратить их досрочное выход из строя.
