Излучение мощного рентгеновского лазера, находящегося в Национальной лаборатории ускорителей SLAC, позволило ученым снять на видео все мельчайшие подробности процессов, происходящих в аккумуляторных батареях при их работе. Исследование этих процессов приведет к более четкому пониманию того, что происходит когда батарея отдает накопленную энергию, а это, в свою очередь, послужит базой для разработки новых аккумуляторных батарей, имеющих более высокую емкость при более низкой стоимости изготовления.

В электрических автомобилях и в мобильных устройствах сейчас широко используются литий-ионные аккумуляторные батареи из-за их высокого показателя плотности хранения энергии. У более дешевых литиевых аккумуляторов, использующих серу, могут быть еще более высокие значения показателя плотности хранения энергии, но, к сожалению, такие аккумуляторы теряют большую часть своей емкости уже после нескольких циклов заряда-разрядки.

Но потенциал таких аккумуляторов заставил исследователей лаборатории SLAC более подробно обратить внимание на процессы внутри этих батарей, что бы разработать новые технологии, улучшающие их характеристики.

Используя дифракционную рентгеноскопию и трансмиссионную рентгеноскопию, ученым удалось получить изображения наноразмерных компонентов батареи, литиевого анода и катода из серы и углерода, окруженных слоем жидкого электролита. Пристальное внимание было уделено частицам серы, за которыми наблюдали в течение заряда батареи, во время хранения энергии и во время процесс разряда. Анализ полученных изображений принес весьма неожиданные результаты.

Во время предыдущих исследований этих типов аккумуляторных батарей было обнаружено, что сера и литий формируют сложные химические соединения, которые надолго связывают серу. Формирование этих соединений, называемых полисульфидами, и попадание их в электролит может «убить» батарею буквально за 10 циклов, что делает использование этих батарей неприемлемым для любой технологии, не говоря уже об электрических автомобилях.

Но, новые исследования показали, что

не все так плохо, как считалось ранее. Очень немногие из частичек сформировавшихся полисульфидов попадают в электролит аккумулятора, гораздо меньше, чем показывали результаты других экспериментов. А это, в свою очередь, означает, что весьма несложно поймать частицы полисульфидов в специальную ловушку возле катода, препятствуя им просочиться в электролит и навредить аккумуляторной батарее.

«Если ученые действительно хотят знать, что происходит внутри аккумуляторных батарей, им недостаточно методов стандартного анализа. Они нуждаются в технологиях, способных открыть все мельчайшие подробности» – рассказывают исследователи.