Ilustrație a atomilor de litiu nanostructurali (albastru) care se depun pe un electrod (galben). (UCSD) Bateriile cu durată mai lungă, mai eficiente ar fi un impuls pentru orice, de la smartphone-uri până laVehicule electrice, iar oamenii de știință au făcut acum o descoperire neașteptată care ar putea ajuta la dezvoltarea tehnologiei de baterie de nouă generație, precum și la catalizatori mai rapidi și alte materiale avansate.
O analiză a celor mai timpurii etape ale încărcării bateriilor cu litiu - cunoscută sub numele de nucleată – a demonstrat că încetinirea curenților electrici în apropierea electrodului creează modele dezorganizate de atomi, ceea ce la rândul său îmbunătățește comportamentul general de încărcare.
Printr-o combinație de microscopie electronică detaliată, răcire cu azot lichid și modelare computerizată, cercetătorii au reușit să observe o formă necristalină „sticlă” de litiu metalic pe măsură ce încărcarea a progresat.
„Puterea imaginilor criogenice de a descoperi noi fenomene în știința materialelor este prezentată în această lucrare”, spune cercetătorul în materiale Shirley Meng de la Universitatea din California San Diego (UCSD).
„Adevărata lucru în echipă ne-a permis să interpretăm cu încredere datele experimentale, deoarece modelarea computațională a ajutat la descifrarea complexității”.
Este pentru prima dată când un metal pur a fost observat într-o formă amorfă – unul mult mai puțin structurat decât ar fi de așteptat în mod normal din procesul de încărcare a bateriei.
Atomii de litiu sunt depuși pe anodul bateriei pe măsură ce se reîncarcă, dar detaliile mai fine despre cum funcționează acest proces la nivel atomic nu sunt încă pe deplin înțelese.
Ceea ce știm este că modelul depunerilor poate varia între încărcări, ceea ce duce la un proces de încărcare mai puțin stabil și la o degradare treptată a bateriei.
În cadrul cercetării, embrionii de litiu sticloși au rămas nestructurați și slăbiți în timpul creșterii lor pe măsură ce bateria s-a reîncărcat. Atât crearea metalului sticlos, cât și condițiile necesare pentru ca acesta să se formeze i-au surprins pe oamenii de știință.
„Putem fabrica metal amorf în condiții foarte blânde, la o rată de încărcare foarte lentă.” spune cercetătorul de materiale Boryann Liaw de la Laboratorul Național Idaho. — Este destul de surprinzător.
Modelarea computerizată a confirmat că reacțiile cinetice creau forme cristaline amorfe (mai degrabă decât ordonate) cu o viteză de încărcare lentă. Alte teste pe alte patru metale reactive au replicat rezultatul.
Oriunde ar putea fi folosit și adaptat un material metalic sticlos este posibil să beneficieze de pe urma acestei cercetări - și asta include obținerea aceleiași cantități de energie a bateriei într-un pachet de dimensiuni mai mici (foarte la îndemână atunci când doriți ca mașina dvs. electrică să reziste cât mai mult). cât mai mult posibil pe drum deschis).
Structurile metalice sticloase observate în acest studiu sunt de obicei foarte dificil de produs, ceea ce face ca apariția lor aici să fie cu atât mai fascinantă - și cu cercetări suplimentare, potențialele aplicații ar putea depăși în cele din urmă bateriile.
„Proprietățile unor astfel de geamuri metalice, cantitățile și dimensiunile și distribuțiile particulelor ar putea fi reglate prin ajustarea densității curentului și a timpului de depunere prin optimizare”, scriu cercetătorii în hârtie .
„Aceste noi metale active amorfe vor deschide noi oportunități în diverse aplicații, în afară de sticlă metalică și domenii de stocare a energiei, inclusiv biomedicină, nanotehnologie și sisteme microelectromecanice”.
Cercetarea a fost publicată în Materiale de natură .