Коллектив учёных Брукхэвенской Национальной Лаборатории исследовавший процессы, протекающие в литий-ионных батареях на наноуровне, обнаружил неизвестное ранее явление. Концентрация лития внутри индивидуальных наночастиц не накапливалась непрерывно по мере генерирования электрического тока, а достигнув некоторого уровня начинала снижаться.

Это открытие, о котором сообщалось в выпуске Science Advances за 12 января, может иметь важные последствия для улучшения скорости зарядки и срока эксплуатации литий-ионных батарей — наиболее распространённого типа источников питания электромобилей, сотовых телефонов и прочей портативной техники.

Электроды аккумуляторов часто делают из наночастиц для увеличения отдаваемой мощности, однако до сих пор учёные не вполне понимают, как эти электроды функционируют.

В новой работе использовалась уникальная комбинация экспериментальных инструментов и методов, позволившая наблюдать реакции, происходящие внутри электродов в реальном времени. Исследования на трансмиссионном электронном микроскопе (TEM) проводились в Центре Функциональных Наноматериалов (CFN), а рентгеноструктурный анализ — на синхротронном источнике National Synchrotron Light Source (NSLS). Авторам пришлось сконструировать миниатюрную модель, имитирующую функции литий-ионной батареи на наноуровне и способную уместиться внутри TEM. Компьютерные симуляции, подтвердившие и дополнившие результаты экспериментов, выполнялись в Мичиганском университете.

«Как оказалось, снижение концентрации внутри одиночной частицы не может быть объяснено в рамках существующих теорий, но имеет в своей основе другой механизм. Симуляции в этой работе имели критическое значение, так как без них мы могли сделать неверные заключения», — заявил Катсуо Торнтон (Katsuyo Thornton), профессор материаловедения из Мичиганского университета.

Хотя в описываемой работе рассматривались только литий-ионные батареи, учёные считают, что наблюдавшееся явление может иметь место и в других видах высокопроизводительных аккумуляторов.