Cercetătorii germani de la Institutul Federal pentru cercetarea și testarea materialelor au descoperit că distribuția a doi izotopi de litiu este direct legată de procesele de degradare, cum ar fi o amprentă digitală.
Această perspectivă este menită să ajute la o mai bună înțelegere a mecanismelor de îmbătrânire a bateriilor. Durata de viață a bateriilor litiu-ion este limitată de procese complexe de îmbătrânire, ale căror cauze sunt adesea dificil de distins.
Mai exact, echipa de cercetători a folosit distribuția a doi izotopi de litiu într-o celulă electrică ca instrument de diagnosticare pentru procesele de îmbătrânire. Constatarea: urmele și modelele lor caracteristice oferă o amprentă a mecanismelor de degradare. Ideea este că mai multe procese complexe din interiorul bateriei contribuie la degradare.
„Până în prezent, provocarea de a identifica în mod clar aceste mecanisme de îmbătrânire și de a le distinge unele de altele rămâne nerezolvată. În timp ce metodele convenționale de diagnosticare arată că o baterie îmbătrânește, ele oferă adesea doar informații limitate despre când, unde și prin ce mecanism se declanșează degradarea”, a explicat Institutul Federal pentru cercetarea și testarea materialelor (BAM).
Metoda nou dezvoltată valorifică faptul că litiul natural este format din doi izotopi: litiu-6 și litiu-7 puțin mai greu. Acestea sunt variante ale aceluiași element chimic cu un număr diferit de neutroni, după cum explică echipa de cercetare.
În bateriile noi, ambii izotopi de litiu sunt distribuiți în același raport ca în toate aparițiile naturale ale metalului alcalin, adică 2,4% până la 97,6%.
Cercetătorii au examinat în mod specific o baterie de litiu cu un catod din oxid de litiu-nichel-mangan-cobalt și un anod de grafit.
Potrivit oamenilor de știință, litiu-6 a început să se acumuleze preferențial la anod după doar primele câteva cicluri de încărcare.
După încă 280 de cicluri, acest efect s-a intensificat, în timp ce catodul a prezentat un conținut semnificativ crescut de litiu-7. În același timp, capacitatea celulelor a scăzut.
Potrivit BAM, detectarea a fost posibilă printr-o formă de spectrometrie de masă de înaltă rezoluție, care a permis determinarea distribuției izotopilor de litiu strat cu strat pe întreaga adâncime a electrozilor.
Investigațiile au fost efectuate în colaborare cu Nu Instruments Ltd. în Marea Britanie și Institutul Leibniz pentru cercetarea stării solide și a materialelor din Dresda (IFW Dresden).
Dan ATHANASIU
dan.athanasiu@ziuacargo.ro
