Pelajari siklus baterai pada jalur radiasi

selama Ph.D. Dengan TUoS, siswa pengembangan fasilitas ISIS, Innes McClelland, mengembangkan sebuah sel untuk menguji material baterai yang beroperasi menggunakan spektroskopi muon dan menggunakannya untuk mempelajari material katoda penumbuh bio.

Memahami apa yang terjadi di dalam material baterai selama pengisian dan pengosongan sangat penting untuk meningkatkan kinerja baterai saat ini dan mengembangkan material baru untuk digunakan pada baterai di masa mendatang.

Salah satu bahan katoda yang terbukti semakin penting untuk baterai masa depan adalah LiNi_0,8Minnesota_0,1mitra_0,1A₂, dikenal sebagai NMC811. Bahan ini memiliki kapasitas tinggi, tetapi sering mengalami kehilangan kapasitas yang tidak dapat diubah antara pengisian dan pengosongan pertama. Dipercayai bahwa hilangnya kapasitas ini mungkin disebabkan oleh hambatan kinetik terhadap difusi ion litium dalam material. Memahami masalah ini dapat mengarah pada wawasan yang membantu merancang alternatif baru dan lebih baik.

Spektroskopi muon adalah alat yang sangat baik untuk mempelajari bahan-bahan ini karena dapat menyelidiki difusi ion seperti litium dan natrium pada skala lokal, sebagian besar menghindari efek antarmuka atau batas butir. Eksperimen muon sebelumnya dengan bahan baterai telah meneliti komponen secara individual di luar baterai. Meskipun berguna untuk memahami sifat-sifat dasar, ia kurang memahami perilaku material selama pengoperasian.

Sebagai bagian dari hibah untuk meningkatkan fasilitasnya untuk ISIS, Dr. Ennis McClelland telah merancang sebuah sel yang dapat melakukan hal itu. Bekerja sama dengan co-supervisornya di beamline science Peter Baker dan insinyur dari ISIS, supervisornya Profesor Serena Kosin di University of Sheffield dan rekan-rekannya dari proyek katoda generasi Faraday Foundation, FutureCat, dia mampu merancang sebuah sel untuk melakukan pekerjaan. Pengukuran spektroskopi muon.

Seperti yang dijelaskan dalam makalah terbaru mereka, diterbitkan di Kimia bahan, kelompok tersebut dapat menggunakan sel ini untuk mempelajari NMC811 untuk menyelidiki apa yang mungkin menyebabkan kegagalan siklus ini berulang. Dengan menggunakan pengaturan baru, mereka dapat mengukur sifat difusi lithium di dalam material lebih dari 70 poin selama siklus pertama. Mereka menemukan bahwa difusi lithium, seperti yang diharapkan, lebih cepat dalam kondisi muatan yang lebih tinggi, tetapi tidak pernah pulih ke nilai yang sama seperti pada sampel aslinya.

Menariknya, dengan menggabungkan sifat pengukuran yang berbeda dari spektroskopi muon dan metode elektrokimia, mereka dapat melihat bahwa difusi lambat ini lebih menyebar di permukaan katoda, daripada di material curah. Hal ini menunjukkan bahwa proses yang berfokus pada stabilisasi permukaan material cenderung lebih berhasil dalam meningkatkan sifat-sifatnya.

“Pengembangan yang menarik dalam spektroskopi obando-muon membuka berbagai peluang bagi para peneliti yang bekerja pada bahan penyimpanan energi, memungkinkan perspektif unik pada difusi ionik dari dalam bahan itu sendiri selama operasi,” jelas Innes.

Dia menambahkan, “Saya berharap untuk melihat studi masa depan yang dapat memajukan bidang ke arah berbagai bahan kimia baterai.”