Riješen misterij kratkog spoja kod brzog punjenja baterija

Litij-metalne baterije s čvrstim elektrolitom dosad nisu ispunile velika očekivanja. Znanstvenici sa Stanforda vjeruju da su otkrili način njihovog brzog punjenja bez neželjenih nuspojava

Mladen Smrekar četvrtak, 2. veljače 2023. u 09:15
Svako udubljenje ili savijanje otvara nanoskopske pukotine pa litij prodire u čvrsti elektrolit i uzrokuje kratki spoj
Svako udubljenje ili savijanje otvara nanoskopske pukotine pa litij prodire u čvrsti elektrolit i uzrokuje kratki spoj

Nove litij-metalne baterije s krutim elektrolitima su lagane, zapaljive, sadrže puno energije i mogu se vrlo brzo ponovno napuniti, ali se sporo razvijaju zbog misterioznog kratkog spoja i kvara. No, istraživači Sveučilišta Stanford i tamošnji SLAC laboratorij američkog ministarstva energetike vjeruju da su riješili ovu enigmu. Sve se, kažu, svodi na mehanički stres, posebno tijekom snažnog punjenja.

Nanoskopske pukotine

"Svako, pa i najmanje udubljenje ili savijanje baterija može otvoriti nanoskopske pukotine u materijalu zbog čega litij prodire u čvrsti elektrolit,  uzrokujući kratki spoj", objašnjavaju istraživači u časopisu Nature Energy. "Kvar mogu izazvati i nakupine prašine ili druge nečistoće."

Uz pomoć mikroskopa i ionskih zraka otkriveno je zašto se litij na površini keramike na nekim mjestima skuplja, a na drugima prodire sve dublje
Uz pomoć mikroskopa i ionskih zraka otkriveno je zašto se litij na površini keramike na nekim mjestima skuplja, a na drugima prodire sve dublje

Problem kvara čvrstih elektrolita nije nov i mnogi su proučavali taj fenomen. Postoji mnoštvo teorija o tome što ih uzrokuje. Jedni kažu da je za to kriv nenamjeran protok elektrona, drugi ukazuju na kemiju, a postoje i teorije o utjecaju različitih sila. Stanfordovi inženjeri su nizom eksperimenata na keramičkim elektrolitima pokazali kako defekti na nanoskali i mehanički stres uzrokuju kvar čvrstih elektrolita. 

Razlika je u tlaku

Istraživači su primijenili električnu sondu na čvrsti elektrolit, stvarajući minijaturnu bateriju. Uz pomoć mikroskopa i ionskih zraka otkrili su zašto se litij na površini keramike na nekim mjestima skuplja, a na drugima prodire dublje i dublje, sve dok litij ne premosti čvrsti elektrolit i izazove kratki spoj.

Keramika je često prožeta nanoskopskim pukotinama i udubljenjima, manjima od 20 nanometara. Za usporedbu, list papira debeo je oko 100.000 nanometara. Tijekom brzog punjenja ove se pukotine otvaraju, dopuštajući litiju da prodre u njih
Keramika je često prožeta nanoskopskim pukotinama i udubljenjima, manjima od 20 nanometara. Za usporedbu, list papira debeo je oko 100.000 nanometara. Tijekom brzog punjenja ove se pukotine otvaraju, dopuštajući litiju da prodre u njih

Pokazalo se da je razlika je u tlaku. Kad električna sonda samo dotakne površinu elektrolita, litij se skuplja na vrhu elektrolita čak i kad se baterija napuni za manje od minute. Međutim, kad sonda pritisne keramički elektrolit, oponašajući mehanička naprezanja, udubljenja i savijanja, velika je šansa da će doći do kratkog spoja.

Potraga za premazom

"Kad mu se pruži prilika da se ukopa u elektrolit, litij će se na kraju provući kroz njega, povezujući katodu i anodu. A kad se to dogodi, baterija otkazuje", objašnjavaju istraživači. Proces, kaže, nalikuje pojavi rupa u inače savršenom kolniku. Na kiši i snijegu automobilske gume guraju vodu u sićušne, postojeće nesavršenosti na kolniku, stvarajući sve šire pukotine. 

Glavni autori studije Xin Yu, Teng Cui i Geoff McConohy
Glavni autori studije Xin Yu, Teng Cui i Geoff McConohy

Sad kad su saznali kako se i zašto događa s litij-metalnim baterijama, Istraživači te iste mehaničke sile žele iskoristiti kako bi očvrsnuli materijal još u fazi proizvodnji, a ispituju i premaze koji bi sprečavali nastanak i širenje pukotina na površini elektrolita.



Posjetite našu Hi-Fi slušaonicu.

Ronis Velesajam

Rezervirajte termin u našoj Hi-Fi slušaoni Ronis Velesajam i iskusite zvuk najpoznatijih svjetskih Hi-Fi brendova.

Kupi

Za ljubitelje tradicionalnog britanskog zvuka.

Akcija

FALCON ACOUSTICS M10

2-smjerni bas-refleks monitor, 5” Falcon B110 niskotonac, 25 mm SEAS soft dome visokotonac, 40 Hz – 25 kHz frekvencijski odziv, 8 Ω impedancija, 86 dB osjetljivost, 100 W maksimalna snaga, 4 mm nikal-platirani terminali, prirodni furnir Walnut, 7,5 kg po komadu.

2.174,00 € 2.899,00 € Kupi

Širokopojasna čistoća bez izobličenja.

Akcija

ACOUSTIC ENERGY AE1 ACTIVE

Aktivni zvučnici snage 2 x 50 W s integriranim A/B pojačalom i aktivnim mrežama za filtriranje, frekvencijskog raspona 40Hz-25kHz +/-6dB, čista keramičko aluminijska konus tehnologija, 27mm visokotonac s aluminijskom kupolom, jedinstveni WDT valovod za poboljšanu pokrivenost prostorija,

1.192,00 € 1.490,00 € Akcija

Vrhunsko gramofonsko pretpojačalo.

Akcija

PARASOUND Z-PHONO

Gain: MM 46dB, MC 61dB, Ulazna osjetljivost: MM 5mV, MC 0.9mV, Ulazna impedancija: MM 47kΩ, MC 100Ω, Ulazna preopterećenost: MM 200mV, MC 36mV, RIAA točnost: 0.25dB, S/N omjer: MM 84dB, MC 58dB, Napajanje: 115-230V, 5W, Dimenzije: 8.5" x 1.75" x 10", Težina: 4 lbs.

395 € 465 € Akcija

Beam Optical kabel

Akcija

BLACK RHODIUM Beam optical toslink 1,5 m

Optički kabel, Toslink konektori s pozlaćenim unutarnjim pinovima, Visokokvalitetni 6 mm plastični vlaknasti kabel za nizak gubitak, Razne primjene uključujući HDTV, DVD, Blu-Ray, Set Top Box uređaje, DAC-ove, kao i neke PC-e i prijenosnike.

47 € 52,96 € Akcija

Hybrid Digital Amplification tehnologija.

NAD C328 pojačalo

D/A konverter, kontinuiranih 2 x 40W na 8 ili 4 Ohma, Hybrid Digital Amplification tehnologija, 2 x optički i 2x koaksijalni digitalni ulazi, 2 x Analogni ulazi, Phono ulaz, subwoofer izlaz, bluetooth sa najnaprednijom aptX tehnologijom, bass EQ. Ulaz za slušalice na prednjoj ploci.

649 € Kupi

Pogodan za srednje i velike sobe.

Akcija

ACOUSTIC ENERGY AE309 zvučnici

2.5-sistemski zvucnici sa 130mm mid-bass jedinicama i 28mm aluminijskim visokotoncem, frekvencijski raspon 38Hz -30kHz, osjetljivost 89dB, vršni SBL 115dB, snaga 175W, crossover frekvencija 296Hz / 2.56kHz, impedancija 6 ohma.

1.189 € 1.399 € Akcija

Integrirano pojačalo klasičnog stila.

JBL SA550 Classic

Integrirano pojačalo s 2x90W na 8Ω, 2x150W na 4Ω, THD 0.002%. Phono MM ulaz: 5mV osjetljivost, 47kΩ impedancija, S/N 80dB. Linijski ulazi: 1V osjetljivost, 106dB S/N. Digitalni ulazi (optički/koaksijalni): 16–24 bit, do 192kHz, S/N 115dB. Dimenzije: 449x114x327 mm, masa 12 kg.

1.989 € Akcija

Dobitnici nagrade What Hi-Fi? 2024

WHARFEDALE Diamond 12.3

2.5-stazni podni bas-refleks zvučnici, 2 x 130 mm PP bas driver, 25 mm tekstilni visokotonac, preporučena snaga pojačala 30–150 W, nominalna impedancija 8 Ω, minimalna 4,6 Ω, osjetljivost 87,5 dB, frekvencijski raspon 45 Hz – 20 kHz

849,00 € Kupi

Izuzetno sofisticirani sklopovi.

YAMAHA CD-S303 CD player

HybridDigital UcD pojačalo, 2 x 80 W (8/4 Ω), bridged do 300 W, ESS SABRE™ DAC (32-bit/384kHz), 2 MDC 2 utora, MM Phono pretpojačalo, pojačalo za slušalice, HDMI eARC, optički i koaksijalni ulazi, 2 izlaza za subwoofer.

379 € Kupi

Zapanjujuća kvaliteta zvuka.

CAMBRIDGE AUDIO CXN 100 streamer

ESS ES9028Q2M SABRE32 Reference DAC, StreamMagic Gen4 moduli, MQA, Spotify Connect, TIDAL Connect, Qobuz, Deezer za najbolji zvuk, Internet Radio s MPEG-DASH podrškom, Roon Ready, USB audio, Coaxial,TOSLINK, Chromecast, AirPlay 2 i Bluetooth

1.089 € Kupi