Første kig på nanoskala på, hvordan lithiumioner navigerer i en molekylær labyrint for at nå batterielektroden

For første gang har forskere direkte observeret, hvordan lithiumioner navigerer i en molekylær labyrint for at nå en elektrode i et batteri. Resultaterne, rapporteret i tidsskriftet Nature, kunne hjælpe forskere med at designe mere effektive og længerevarende batterier.

Lithium-ion-batterier bruges i en række elektroniske enheder, fra bærbare computere til mobiltelefoner. De virker ved at flytte lithiumioner mellem en positiv elektrode (anode) og en negativ elektrode (katode). Når batteriet oplades, bevæger lithium-ioner sig fra katoden til anoden. Når batteriet aflades, bevæger lithium-ioner sig fra anoden til katoden.

Effektiviteten af ​​et lithium-ion-batteri afhænger af, hvor hurtigt lithium-ioner kan bevæge sig mellem elektroderne. Dette bestemmes af størrelsen og formen af ​​porerne i elektrodematerialet. Hvis porerne er for små, vil lithiumioner have svært ved at bevæge sig igennem dem. Hvis porerne er for store, vil lithium-ioner kunne bevæge sig for let, og batteriet vil miste strøm.

Forskerne brugte et scanningstransmissionselektronmikroskop (STEM) til at afbilde lithiumioner, da de bevægede sig gennem en molekylær labyrint i et batterielektrodemateriale. STEM tillod forskerne at se lithium-ionerne på atomniveau.

Forskerne fandt ud af, at lithiumioner bevægede sig gennem labyrinten ved at hoppe fra et molekyle til et andet. Hoppeprocessen blev lettet af tilstedeværelsen af ​​defekter i elektrodematerialet. Disse defekter skabte veje, der gjorde det muligt for lithiumioner at bevæge sig lettere.

Resultaterne kan hjælpe forskere med at designe nye elektrodematerialer, der tillader lithiumioner at bevæge sig hurtigere og lettere. Dette kan føre til mere effektive og længerevarende batterier.