Stresset:Forskning kaster nyt lys over, hvorfor genopladelige batterier fejler

Skam den stakkels lithium-ion. ubønhørligt trukket af dens elektriske ladning, det bølger fra anode til katode og tilbage igen, skulder sig vej gennem en omfattende molekylær forhindringsbane. Denne rejse er afgørende for at drive alt fra mobiltelefoner til ledningsfrit elværktøj. Endnu, ingen forstår rigtigt, hvad der foregår på atomskalaen, når lithium-ion-batterier bruges og genoplades, om og om igen.

Michigan Technological University-forsker Reza Shahbazian-Yassar har gjort det til sin opgave at kortlægge ionens lange, mærkelig tur - og måske gøre det nemmere og nemmere. Hans ultimative mål:at lave bedre batterier, med mere kraft og længere levetid.

Ved hjælp af transmissionselektronmikroskopi, Anmin Nie, en senior postdoc forsker i Shahbazian-Yassars forskningsgruppe, har for nylig dokumenteret, hvad der kan ske med anoder, når lithium-ioner arbejder sig ind i dem, og det er ikke specielt godt. Forskningen blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver .

"Vi kalder det atomblanding, " siger Shahbazian-Yassar, Richard og Elizabeth Henes lektor i nanoteknologi. "Den lagdelte struktur af elektroden ændrer sig, når lithium går ind, skabe en sandwichstruktur:der er masser af lokaliseret ekspansion og sammentrækning i elektrodekrystallerne, som hjælper lithium med at slå et spor gennem elektroden."

Atomblandet hjælper ikke kun med at forklare, hvordan lithiumioner bevæger sig gennem anoden, i dette tilfælde et lovende nyt materiale kaldet zinkantimonid. Det giver også et fingerpeg om, hvorfor de fleste anoder lavet af lagdelte materialer til sidst fejler. "Vi viste, at ionerne forårsager en masse lokal stress og faseovergange, " sagde Anmin.