Нейтронный эксперимент выявил наночастицы в литий-серных батареях
Москва, 12:44, 09 Сен 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Сотрудники Берлинского центра Гельмгольца по исследованию материалов и энергии (HZB) впервые подробно проанализировали, как наночастицы сульфида лития и серы осаждаются на электродах во время зарядки.
Литий-серные батареи – перспективный кандидат на новое поколение источников тока. Теоретическая удельная энергия на единицу массы в 5 раз больше, чем у лучших доступных литий-ионных устройств, сообщает sciencedaily.com. Аккумуляторы могут работать при температуре до -50°С. Сера, также, является недорогим, экологически дружественным материалом.
Недостаток устройств – недолговечность. Емкость падает с каждым циклом из-за сложных процессов на электродах. Важно понимать, как продукты зарядки (сера) и разрядки (сульфид лития) осаждаются и растворяются. Первая формируется макроскопически. За процессом можно следить с помощью рентгеновской дифракции. Выявить сульфид лития сложно из-за размера частиц менее 10 нм.
Ученым впервые удалось рассмотреть продукт. Они использовали нейтронный ресурс BER II HZB. Доктор Себастьян Риссе применил самостоятельно разработанный измерительный модуль для подсветки литий-серных батарей нейтронами во время циклов зарядки и разрядки. Одновременно использовалась импедансная спектроскопия.
Техники позволили Риссе и его команде проанализировать растворение и осаждение сульфида лития с высокой точностью на протяжении 10 циклов. Из-за активного взаимодействия нейтронов с дейтерием, ученые использовали дейтеризованный электролит. Так они сделали видимыми оба твердых продукта.
«Мы обнаружили, что осаждение сульфида лития и серы не происходит в микропористых углеродных электродах. Частицы располагаются на внешней поверхности волокон, — сказал Риссе. – Выводы помогут улучшить дизайн электродов».
