Про це пише видання Interesting Engineering.

Йдеться про так звані полімерні зв’язувальні речовини, які використовують у негативному електроді батареї. Хоча вони становлять менш ніж п’ять відсотків від маси електрода і не мають виразних ознак, саме ці матеріали утримують електрод разом, забезпечують провідність і стабільність конструкції. Через малу кількість їх складно побачити звичайними методами.

Команда під керівництвом дослідника кафедри матеріалознавства Станіслава Занковського застосувала нову техніку фарбування. Вчені позначили сполучні матеріали на основі целюлози та латексу сріблом і бромом. Під час аналізу рентгенівською спектроскопією ці мітки давали характерний сигнал, що дозволило чітко побачити розподіл зв’язувальних речовин. Додатково використали електронну мікроскопію, щоб визначити, як саме ці матеріали розміщені всередині електрода і на його поверхні.

За словами Занковського, цей метод відкриває нові можливості для розуміння того, як сучасні зв’язувальні матеріали поводяться під час виробництва електродів. Тепер дослідники можуть точно бачити їхній розподіл по всій товщині електрода, а також окремі наношари і скупчення та пов’язувати це з роботою анода.

Завдяки новому підходу команда з’ясувала, що навіть невеликі зміни у розподілі сполучного матеріалу можуть суттєво впливати на характеристики батареї. Змінивши лише процес змішування суміші та сушіння електродів, дослідники змогли зменшити внутрішній іонний опір до 40 відсотків. Високий іонний опір є однією з головних перешкод для швидкої зарядки літій-іонних батарей.

Також виявили проблему з надтонкими, близько 10 нанометрів, шарами карбоксиметилцелюлози, якими покривають графіт. Хоча покриття має бути суцільним, під час обробки електрода воно часто розпадається на нерівномірні ділянки, що впливає на роботу батареї.

Професор Патрік Грант, який також брав участь у дослідженні, зазначив, що поєднання хімії, електронної мікроскопії, електрохімічних випробувань і моделювання дозволило створити новий підхід до візуалізації процесів, які визначають довговічність і ефективність батарей.

Метод фарбування, на який подано патент, підходить не лише для графітових електродів, а й для матеріалів на основі кремнію та SiOx. Це відкриває можливості для вдосконалення майбутніх конструкцій батарей.

Літій-іонні батареї сьогодні мають найвищу щільність енергії серед наявних технологій зберігання. Саме завдяки їм працюють смартфони, ноутбуки та електромобілі. Новий метод може допомогти зробити такі батареї більш довговічними та придатними до швидкої зарядки.