O tym, jak mieliby tego dokonać oraz w jaki sposób byłyby wykorzystywane takie akumulatory, możemy przeczytać na łamach Nature Energy. Jak się okazuje, poważnym problemem były do tej pory defekty w nanoskali oraz występujące naprężenia mechaniczne, które ograniczały możliwość wykorzystania tzw. stałych elektrolitów.
Czytaj też: Te „baterie” zastąpią klasyczne akumulatory. Nie tylko przebijają konkurencję ceną, ale i mocą
W efekcie dochodziło bowiem do zwarć. To fatalna wiadomość, jeśli wziąć pod uwagę fakt, iż tego typu baterie są lekkie, łatwopalne, gęste energetycznie i zapewniają możliwość szybkiego ładowania. Niezwykle ważne było więc znalezienie przyczyn leżących w problemach z funkcjonowaniem baterii litowych.
Nawet niewielkie wgniecenie, zginanie lub skręcanie baterii może spowodować, że nanoskalowe problemy w materiałach otworzą się i lit dostanie się do stałego elektrolitu powodując jego zwarcie. wyjaśnia William Chueh, jeden z autorów
Baterie litowe są obecnie narażone na stosunkowo częste zwarcia
Materiały ceramiczne będące źródłem stałych elektrolitów z jednej strony umożliwiają szybki transport jonów litu i oddzielają dwie elektrody magazynujące energię, ale z drugiej stanowią furtkę do powstawania pęknięć na ich powierzchni. A to nie jest już mile widzianym scenariuszem.
Łącznie naukowcy przeprowadzili ponad 60 eksperymentów, za sprawą których wykazali, że materiał ceramiczny doświadcza nanoskalowych pęknięć, wgnieceń i szczelin, przy czym wiele z nich ma szerokość mniejszą niż 20 nanometrów. Takowe prawdopodobnie powstają podczas szybkiego ładowania, prowadząc do sytuacji, w której lit może wnikać do środka.
Czytaj też: Wieloletni problem rozwiązany. Naukowcy zaprojektowali nowy rodzaj baterii
Ogólnie rzecz biorąc, stwierdziliśmy, że podstawową przyczyną intruzji litu do elektrolitu jest połączenie koncentracji prądu i obecności nanoskalowych pęknięć, a nie wycieku elektronicznego lub redukcji elektrochemicznej. Te spostrzeżenia podkreślają mechaniczną przestrajalność elektrochemicznych reakcji galwanicznych w kruchych elektrolitach stałych. podsumowują autorzy
Zanim jednak doszli do takich wniosków, zastosowali sondę elektryczną do stałego elektrolitu. W ten sposób powstała miniaturowa bateria, której działanie obserwowano z użyciem mikroskopu elektronowego. Kiedy ten etap się zakończył, użyli wiązki jonów do zrozumienia, dlaczego lit zbiera się na pewnych częściach materiału ceramicznego. Zauważyli, że kiedy ciśnienie sondy elektrycznej wzrastało, co miało naśladować naprężenia mechaniczne w faktycznych bateria, ta stawała się bardziej podatna na zwarcia.
