Аккумуляторы прослужат намного дольше благодаря простому инструменту: о чем идет речь

Исследователи предложили использовать для измерения производительности литий-металлических аккумуляторов распространенный инструмент обработки изображений, который называется сканирующей электронной микроскопией, сообщает Interesting Engineering.

Как объясняют в издании, равномерное оседание лития на электродах во время зарядки и разрядки является ключом к длительному сроку службы аккумулятора. В свою очередь неравномерные отложения лития являются основным препятствием для массового использования литий-металлических аккумуляторов.

Неоднородное оседание лития может привести к образованию опасных шипов, которые называются дендритами. Они способны пробить сепаратор аккумулятора, вызвав его короткое замыкание и выход из строя.

Долгое время ученые оценивали однородность литиевых отложений, рассматривая изображения, полученные с помощью микроскопа. Однако эта практика привела к несоответствиям между различными лабораториями, ведь то, что одна группа специалистов может определить как однородное, может отличаться от вердикта другой группы. Это в свою очередь препятствовало общему прогрессу в этой области.

"Мы увидели потребность создать общий язык для определения и измерения однородности лития", — рассказал Николас, кандидат наук по материаловедению и инженерии в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Чтобы решить эту проблему, был разработан простой, но эффективный алгоритм, который берет изображение со сканирующего электронного микроскопа и преобразует его в конкретное измерение. Исследователи называют это индексом дисперсии, или ID.

Сканирующие электронные микроскопы предоставляют детальные двумерные изображения трехмерной поверхности электрода аккумулятора. Они преобразуют эти изображения в черно-белые пиксели, где белые пиксели показывают активные литиевые отложения. Затем алгоритм разделяет изображение на секции, подсчитывает белые пиксели в каждой секции и использует эти данные для вычисления ID.

Ученые протестировали свой метод и обнаружили, что с увеличением срока службы батарей их ID увеличивается. Они заметили скачки и спады показателя ID непосредственно перед выходом из строя аккумулятора, что свидетельствует о том, что эти колебания могут быть ранним признаком коротких замыканий.

Фокус также сообщал, что исследователи из США продлили срок службы аккумулятора, использовав лигнин — природный материал, содержащийся в древесине.