Ser på, hvordan genopladelige lithium-ion-batterier fungerer

Nanopartikelelektroder i lithium-ion-batterier har både overfladenære og indre bidrag til deres redoxkapacitet, hver med forskellige hastighedsmuligheder. Ved hjælp af kombineret elektronmikroskopi, synkrotron røntgenmetoder og ab initio beregninger, Brookhaven National Laboratory-forskere har undersøgt de lithiationsveje, der forekommer i NiO-elektroder. De fandt ud af, at den nær overfladen elektroaktive (Ni ²⁺ →Ni ⁰ ) websteder mættede meget hurtigt, og stødte derefter på uventede vanskeligheder med at udbrede faseovergangen ind i elektroden (omtalt som en "krympende kerne"-tilstand).

Imidlertid, den indvendige kapacitet for Ni ²⁺ →Ni ⁰ kan tilgås effektivt efter nukleering af lithiation-fingre, som forplanter sig til prøvemassen, men først efter en vis inkubationstid. Mikrostrukturelle observationer af overgangen fra en langsom krympende kernetilstand til en hurtigere lithieringsfingertilstand bekræfter synkrotronkarakterisering af storformatbatterier, og kan rationaliseres af stresseffekter på transport ved højhastighedsudledning. Den endelige inkubationstid for lithiationsfingrene sætter den iboende begrænsning for hastighedskapaciteten (og dermed kraften) af NiO for elektrokemiske energilagringsenheder. Dette arbejde afdækker sammenhængen mellem reaktionsvejene i nanoskala og det C-rate-afhængige kapacitetstab, og giver vejledning til det videre design af batterimaterialer, der favoriserer høj C-rate opladning.

At forstå sammenhængen mellem reaktionsveje i nanoskala og de resulterende elektriske egenskaber af lithium-ion-batterier kan give betydelig information om, hvordan man kan forbedre det overordnede design og levetiden af ​​disse genopladelige batterier.

CFN's elektronmikroskopifaciliteter blev brugt til billeddannelse i atomskala, spektroskopi, og tomografi under in-situ lithiationsprocessen.