Vědci zkoumají stárnutí baterií pomocí výpočetní tomografie, své poznatky chtějí využít k jejich vylepšení

DomůAkumulace energieVědci zkoumají stárnutí baterií pomocí výpočetní tomografie, své poznatky chtějí využít k jejich vylepšení

Lithium-iontové baterie jsou dnes součástí každodenního života, přičemž stále širší uplatnění nachází v posledních letech i v energetice či na poli elektromobility. Jedním z jejich hlavních nedostatků je nicméně omezená životnost způsobená jejich postupnou degradací. Mezinárodní tým vědců nyní zkombinoval dvě metody výpočetní tomografie, které umožnily virtuálně „rozvinout“ elektrody a zkoumat tak jejich stárnutí za provozu.

Lithium-iontové baterie jsou v dnešní době zdrojem energie pro řadu běžných spotřebičů od mobilních telefonů po notebook, stejně tak se vyskytují v elektromobilech či v bateriových úložištích. Jejich relativně kompaktních rozměrů při zachování dostatečné plochy elektrod pro dosažení vysoké kapacity a rychlého dobíjení je často dosahováno navinutím tenké sendvičové vrstvy elektrod a elektrolytu do válce.

V této podobě je nicméně baterie takřka nemožné zkoumat běžnými metodami za jejich provozu. Mezinárodní tým vědců z Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) a University College London však nyní představil nový postup, který kombinuje dvě metody výpočetní tomografie, což umožnilo zkoumat tyto baterie přímo při nabíjení a vybíjení.

Za pomoci rentgenové tomografie byli vědci schopni analyzovat mikrostrukturu elektrod a zároveň detekovat deformace, které se v elektrodách objevují v průběhu nabíjecího cyklu.

„Neutronová tomografie nám na druhou stranu umožnila přímo pozorovat migraci lithiových iontů a zároveň určit, jak se v průběhu času mění distribuce elektrolytu v bateriovém článku,“ říká Ingo Manke, expert na tomografii u HZB.

Klíčovou roli sehrála i nová matematická metoda vyvinutá v berlínském Zuse-Institut, která vědcům následně umožnila baterie virtuálně rozvinout. Pouze po matematické analýze byli vědci schopni dospět ke konkrétním závěrům o procesech probíhajících v jednotlivých částech bateriového článku.

„Tento algoritmus byl původně vyvinut pro virtuální rozvinutí papyrusových svitků. Může být ale rovněž použit, abychom zjistili, co se přesně děje v hustě navinutých bateriích,“ uvedl Manke.

Nové poznatky mají pomoci k vylepšení baterií

Nová metoda umožnila vědcům prozkoumat charakteristické problémy vinutých baterií. Například vnitřní části spirály dle vědců vykazovaly zcela odlišnou elektrochemickou aktivitu než vnější části. Podobně se odlišovalo chování vrchní a spodní části baterie.

Data z neutronové tomografie rovněž ukázala oblasti s nedostatkem elektrolytu, což výrazně omezuje  funkčnost baterií. Dále vědci pozorovali, že lithium do anody a z ní neproniká rovnoměrně.

„Proces, který jsme vyvinuli, nám poskytuje unikátní nástroj pro nahlédnutí do vnitřku baterie během jejího provozu a analýzu kde a proč dochází ke ztrátě výkonnosti. To nám umožní vyvinout konkrétní strategie pro zlepšení návrhu vinutých baterií,“ dodává Manke.

Monitoring
Loading interface...Loading interface...Loading interface...Loading interface...Loading interface...
Naši partneři
Odebírejte náš newsletter
Zadejte svůj email, pokud Vás zajímají čerstvé zprávy o energetice.
Přenosová soustava 3D
Prohlédněte si v názorné mobilní aplikaci, jak funguje česká přenosová soustava!
Web podporují