Ученые показали в реальном времени, что происходит с литиевыми батарейками при работе

Ученые разработали метод, который позволяет в реальном времени и 3D-формате отслеживать, что происходит с литий-металлическими батарейками при работе. Это поможет понять, как улучшить аккумуляторы и сделать их безопаснее. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Сейчас так называемые литий-металлические батареи рассматривают как альтернативу литий-ионным аккумуляторам. Это связано с тем, что ученые пытаются разработать более безопасные аккумуляторы с большей плотностью энергии, при этом такие устройства должны быть экологичными и дешевыми. Другими альтернативами являются твердотельные, литий-серные и литий-кислородные батареи. Все эти идеи объединяет то, что в качестве анода, одного из электродов, в них используется металлический литий, а не графит, как в современных аккумуляторах. Использование лития вместо графита позволяет облегчить всю систему и повысить ее энергоплотность в 3–5 раз. Однако у литиевых батарей есть общая проблема: при циклах зарядки-разрядки в литии образуются дендриты, похожие на длинные иглы. Из-за этого участки лития могут изолироваться и стать неактивными. Кроме того, дендриты могут дойти до второго электрода и спровоцировать короткое замыкание.

Чтобы понять, как в литий-металлических батареях образуются микроструктуры, ученые воспользовались методом рентгеновской томографической микроскопии. Это позволило им в 3D и в реальном времени визуализировать образование микроструктур в литиевых батареях. Такое удалось исследователям впервые. Они смогли запечатлеть, как именно образуются дендриты и как они разрастаются со временем во время работы литиевой батареи.

Сейчас ученые намерены усовершенствовать метод, чтобы можно было быстрее и при высоком разрешении визуализировать более мелкие микроструктуры, которые образуются на ранних стадиях эксплуатации литиевых батарей. Такие работы позволят ученым понять, как сделать аккумуляторы на основе лития безопаснее и улучшить их.