Изучение поведения различных изотопов лития внутри аккумуляторов позволило создать инновационный метод диагностики их старения. Этот подход поможет инженерам лучше понимать механизмы износа и разрабатывать более надежные батареи.
В журнале ACS Energy Letters было опубликовано исследование специалистов Федерального института исследований и испытаний материалов Германии. Ученые доказали, что распределение двух изотопов лития внутри элементов питания действует как уникальный отпечаток, напрямую связанный с процессами деградации.
Срок службы современных батарей ограничен сложными процессами старения, причины которых часто трудно отделить друг от друга. Традиционные методы диагностики показывают сам факт падения емкости, но редко дают точную информацию о том, где и по какой причине началось разрушение материалов внутри ячейки.
Изотопы как маркеры износа
Новый метод основан на том, что природный литий состоит из двух вариантов: более легкого лития-6 и тяжелого лития-7. В совершенно новых батареях эти элементы находятся в тех же пропорциях, что и в природе, где на долю лития-6 приходится около 2,4% от общей массы.
Исследователи изучили аккумуляторы с катодом из оксида никеля-марганца-кобальта и графитовым анодом с помощью масс-спектрометрии высокого разрешения. Анализ показал, что уже после первых циклов зарядки литий-6 начинает преимущественно скапливаться на графитовом аноде.
Ранняя диагностика батарей
Спустя 280 рабочих циклов этот эффект значительно усилился: на аноде собралась основная часть лития-6, тогда как катод продемонстрировал повышенное содержание лития-7. Ученые зафиксировали, что параллельно с этим ярко выраженным расслоением изотопов батареи предсказуемо теряли свою общую емкость.
Ранее ученые нашли способ улучшить аккумуляторы без сокращения срока их службы.