Учёные занялись выявлением механизмов отказа устройств накопления энергии
Для устройств накопления энергии (ESD) в случае крупномасштабного применения очень важен длительный срок эксплуатации и высокая степень безопасности. Поэтому специалистам важно знать не только механизмы работы, но и механизмы отказа ESD.
Существующие методы определения характеристик включают в себя дифракцию рентгеновских лучей (XRD), просвечивающую электронную микроскопию (TEM), рентгеновскую спектроскопию и топографию, ядерный магнитный резонанс (NMR). Все они основаны на объёмных областях электродов или электролитов, и не учитывают процессы на поверхности, которые могут приводить к сбоям в ESD.
Этой проблемой недавно занималась исследовательская группа во главе с профессором Фу Цяном (Fu Qiang) из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук (CAS). В своей работе они использовали методологию исследования поверхности и обнаружили атмосферно-зависимые механизмы релаксации и отказа ESD. Результаты своего исследования они недавно опубликовали в журнале Американского химического общества.
Специалисты провели визуализацию зависящих от атмосферы процессов релаксации и отказов в системах ESD. Для этого использовалось комбинационное рассеяние света на месте, дифракция рентгеновских лучей (XRD) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS). Было обнаружено, что для алюминиево-ионной батареи (AIB) релаксационные эффекты электрода из графита в безводной атмосфере проявляются в восстанавливаемом изменении структуры ступени и электронной релаксации. Механизм описывается исследователями, как перераспределение пар анион/катион внутри графитового электрода.
Под воздействием водной атмосферы молекулы H2O из окружающей среды могут внедряться в электрод из графита. После этого инициируется реакция между внедренными молекулами H2O и ионами. После интеркаляции и гидролиза H2O механизм функционирования графитового электрода был нарушен. Об этом свидетельствовала деградация ступенчатой структуры и электронная развязка.
Авторы исследования говорят, что разработали методы с контролируемой температурой, атмосферой и потенциалом на поверхности и границы раздела. Для проведения эксперимента были подготовлены чётко определённые модельные устройства. Учёные утверждают, что методику можно расширить для изучения механизмов релаксации и отказов большего количества электростатических разрядов. Например, можно изучать металл-ионные вторичные батареи / суперконденсаторы, а также межфазные реакции в металл-газовых батареях.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
