Explodierende Smartphones sind ein Alptraumszenario für jeden Besitzer, unabhängig davon, ob es sich um ein Android- oder iPhone-Telefon handelt. Jahrelang waren die traditionellen Antworten hinter den Explosionen vage und oft batteriebezogen. Die Erklärungen schienen jedoch hier aufzuhören. Wissenschaftler habenendlich gelang es, die mikroskopischen Schuldigen hinter Batterieexplosionen besser zu verstehen.
Ein Forscherteam der Stanford University und des SLAC National Accelerator Laboratory erhaschte mithilfe eines Mikroskops Einblicke in Dendriten - fingerähnliche Wucherungen, die Batteriebarrieren durchbrechen. Das Team verwendete eine Technik namens Kryo-Elektronenmikroskopie Kryo-EM. Kryo-EM machte kürzlich Schlagzeilen, als es in diesem Jahr den Nobelpreis für Chemie gewann. Die Technik friert Proben in flüssigem Stickstoff schnell ein und gibt Forschern ein genaueres Bild in eine Probe.
Cryo-EM gab dem Stanford- und SLAC-Team ein klares Bild der Dendriten. Zuvor waren die Dendriten als unregelmäßige, narbige Form dargestellt worden. Die neuen Bilder der Wissenschaftler zeigen, dass Lithiummetall-Dendriten tatsächlich lang und elegant geformt sindsechsseitige Kristalle.
Dendriten bilden sich, wenn sich die Elektroden in einer Batterie verschlechtern. Dies führt dazu, dass sich die Metallionen an der Oberfläche ansammeln. Wenn Ionenfinger die beiden Hälften der Batterie durchbrechen, beginnt eine Überhitzung. Und es wurde ausführlich dokumentiert, was damit passieren kannein überhitzter Smartphone-Akku.
"Das ist super aufregend und eröffnet erstaunliche Möglichkeiten" sagte einer der Forscher , Yi Cui von SLAC. "Mit Cryo-EM können Sie ein Material betrachten, das zerbrechlich und chemisch instabil ist, und Sie können seinen ursprünglichen Zustand - wie es in einer echten Batterie aussieht - beibehalten und unter hoher Auflösung betrachten."
Die alternative Betrachtungsmethode der Forscher war die Transmissionselektronenmikroskopie TEM. TEM war jedoch häufig zu hart für Materialien wie Lithiummetalle. Erste Forschungen mit TEM erwiesen sich für die Forscher als nicht vielversprechend.
"Die TEM-Probenvorbereitung erfolgt an der Luft, aber Lithiummetall korrodiert sehr schnell an der Luft", sagte Yuzhang Li, ein Stanford-Doktorand, der die Arbeit mit seinem Kommilitonen Yanbin Li leitete. „Jedes Mal, wenn wir versuchten, Lithiummetall zu betrachtenbei hoher Vergrößerung mit einem Elektronenmikroskop würden die Elektronen Löcher in den Dendriten bohren oder ihn sogar ganz schmelzen. "
"Es ist, als würde man Sonnenlicht mit einer Lupe auf ein Blatt fokussieren. Wenn Sie das Blatt jedoch abkühlen und gleichzeitig das Licht darauf fokussieren, wird die Wärme abgeführt und das Blatt bleibt unversehrt. Das machen wir mit Kryo-EM. Wenn es um die Abbildung dieser Batteriematerialien geht, ist der Unterschied sehr groß. "
Die Zukunft der Batterien retten
Dendriten und die Probleme, die sie auslösen, geben Wissenschaftlern ein besseres Verständnis für die Planung neuer Batterietypen. Eine vorausschauende Planung von Dendriten würde die Zukunft der Energiespeicherung beeinflussen und trotz unterschiedlicher Bedingungen langlebige Batterien schaffen.
"Wir waren sehr aufgeregt. Dies war das erste Mal, dass wir so detaillierte Bilder eines Dendriten erhalten konnten, und wir haben auch zum ersten Mal die Nanostruktur der SEI-Schicht gesehen." sagt einer der Forscher , Yanbin Li. "Dieses Tool kann uns helfen zu verstehen, was verschiedene Elektrolyte tun und warum bestimmte besser funktionieren als andere."
Via : Stanford