Degradacja magazynów energii w czasie rzeczywistym – naukowcy znaleźli sposób na obserwację

• Naukowcy z Argonne National Laboratory opracowali metodę bieżącej obserwacji degradacji magazynów energii przy użyciu spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego, co pozwala na analizę bez rozbierania ogniwa.
• Badania wykazały, że atomy litu zostają uwięzione w anodzie krzemowej, co prowadzi do zmniejszenia pojemności baterii. Dodanie soli magnezu do elektrolitu może ograniczyć to zjawisko.
• Metoda obserwacji może zostać zastosowana do różnych typów ogniw, co daje potencjał opracowania wolniej degradujących się baterii.

Jak poradzić sobie z degradacją magazynów energii?

Magazyny energii są coraz ważniejsze dla światowej energetyki. W związku ze wzrostem znaczenia OZE w globalnym miksie moce zainstalowane w magazynach energii coraz częściej pojawiają się w systemach wielu krajów świata. Baterie znajdują się też oczywiście w samochodach elektrycznych, które z biegiem czasu będą pełniły coraz ważniejszą rolę w codziennym transporcie. Tego typu urządzenia mają jednak jedną zasadniczą wadę – degradują się i wraz z kolejnymi cyklami ładowania i rozładowywania ich pojemność maleje. Oczywiście w przypadku większości wielkoskalowych magazynów staje się to problemem po wielu latach użytkowania, jednak nadal stanowi aspekt, który badacze na całym świecie starają się jak najmocniej zminimalizować.

Ostatnio naukowcy z Argonne National Laboratory poczynili ważny krok ku sprawieniu, by baterie służyły nam jeszcze dłużej. Zespół badawczy odkrył, że można badać zachowanie się substancji chemicznych wewnątrz ogniw z anodą krzemową podczas ich działania. Badacze użyli do tego celu magnetycznego rezonansu jądrowego, który jest powszechnie stosowany w medycynie. Zastosowanie sprzętu pozwoliło im na dojście do wniosków, które mogą znacząco usprawnić działanie baterii powstających w przyszłości.

Rewolucyjna metoda obserwowania degradacji baterii

Do tej pory aby tak precyzyjnie badać procesy zachodzące wewnątrz ogniw, wymagane było rozebranie ich na części. Z wiadomych przyczyn urządzenia wtedy nie działały, więc niemożliwa była obserwacja sytuacji podczas procesu ładowania i rozładowywania. Zastosowanie rezonansu sprawiło, że jest to możliwe, a do tego bateria może pozostać w nienaruszonym stanie. Dodatkowo technologia, z racji długoletniego wykorzystania w medycynie, jest już dopracowana i wdrożenie jej do powszechnego użycia w przemyśle bateryjnym może się odbyć stosunkowo niskim nakładem pracy i kosztów.

Badacze nie tylko opracowali nową metodę obserwacji, ale też wykorzystali ją do przeprowadzenia pierwszych analiz. W ich trakcie poddano komercyjne baterię z anodami krzemowymi siedmiomiesięcznemu procesowi ładowania i rozładowywania, podczas którego zachowanie substancji wewnątrz było monitorowane za pomocą rezonansu. Badacze ustalili, że w trakcie użytkowania urządzenia atomy litu zostają uwięzione w anodzie podczas ładowania, tworząc krzemki litu. Prowadzi to do zmniejszenia pojemności magazynowej ogniwa.

Czy badacze znaleźli sposób na starzenie się ogniw?

Naukowcy w związku z obserwacjami postanowili znaleźć sposób na ograniczenie powstawania krzemków litu. Okazało się, że zadziałało dodanie do elektrolitu soli magnezu. To odkrycie wskazuje na potencjalne rozwiązania polegające na stosowaniu dodatków do elektrolitu, aby wydłużyć żywotność anod krzemowych. Badacze planują dalsze obserwacje w tym zakresie.

Na ten moment za pomocą rezonansu zbadano jedynie anody krzemowe, jednak zespół z ANL postuluje badanie tą metodą również innych typów ogniw, w typ baterii sodowo-jonowych oraz konstrukcji w stanie stałym. Warto też podkreślić, że obserwacje prowadzono na małych bateriach, podobnych do tych, które znajdują się w smartfonach. W przyszłości zespół chce rozszerzyć testy na ogniwa w innych, bardziej standardowych rozmiarach.

Źródło: ess-news.com