Сегодня большинство наших гаджетов работает на литий-ионных батареях. И хотя они, как правило, безопасны, иногда все-таки загораются или взрываются.
Альтернативой традиционным аккумуляторам, которая быстро набирает популярность, может стать полностью твердотельная литиевая батарея (ASSLB). В отличие от обычных аккумуляторов, где электроды твердые, а электролит жидкий, в ASSLB и электроды, и электролит твердые, поэтому они гораздо более безопасны. Однако именно это свойство создает проблему: во время работы меняются объемы электролита и электродов, особенно в высокоемких аккумуляторных батареях. Это может привести к рассоединению их поверхностей, что приведет к снижению мощности.
Профессор Ен Мин Ли из Тэгу Кенбукского Института науки и техники (DGIST) говорит: «В то время как большинство исследователей сосредоточились на разработке новых материалов или улучшении свойств существующих полностью твердотельных литиевых батарей, мы выбрали другой путь и решили найти решения для минимизации дефектов в конструкциях электродов и элементов. Это заставило нас задуматься над тем, есть ли способ количественно проанализировать дефекты в этих батареях?».
Профессор Ли и его команда нашли ответ на свой вопрос, когда придумали хитроумную технику: трехмерную цифровую двойную платформу, в которой микроструктуры твердотельных интерфейсов могут быть визуализированы как детальные трехмерные копии реальной батареи.
Используя эту платформу, профессор Ли и его команда исследовали структуры границы электрод-электролит ASSLB на основе Li7La3Zr2O12. Они использовали 2-D фрагменты изображения выбранной области, сложили изображения для цифровой реконструкции трехмерной структуры, а затем провели структурный анализ.
Как и ожидалось, они обнаружили, что удельная площадь контакта ASSLB была намного меньше, чем у литий-ионных батарей. Это подтвердило эффективность их метода.
Ли так объясняет огромный потенциал этой методики: «Учитывая широкую применимость этой методики, нам кажется, что ее преимущества могут распространяться на все электродосодержащие устройства. Но на данный момент мы уверены, что наша методика поможет исследователям сэкономить время и деньги, легко проверяя дефекты в процессе изготовления батарей, помогая оптимизировать дизайн и в конечном итоге ускоряя коммерциализацию полностью твердотельных батарей».
Подробности исследования опубликованы в журнале Elsevier’s Nano Energy