Page 30 - Chytrý Zpravodaj - Husinec - číslo 2 2021

PŘI VÝV OJI LI - ION BA TERIÍ
Z VĚDECKÉHO ÚDOLÍ

PO MÁHÁ MET OD A NDP

Lithium-iontové baterie (Li-ion) jsou slibnou technologií pro uchovávání elektrické energie. Co se ale vlastně děje s ionty lithia
v Li-ion baterii? Poznání těchto procesů nám může pomoci zkonstruovat lépe fungující baterie. Jak vědci z ÚJF AV ČR loni ukázali,
je jednou z metod, jak zmíněné procesy sledovat, i neutronové hloubkové profilování (NDP).

Tým z oddělení neutronové fyziky ÚJF vá membrána). Během procesu nabíjení v řežském areálu ÚJF pomocí ultraten-
analyzoval pomocí NDP rozložení a di- a vybíjení lithiové ionty vratně migrují kých zlatých drátů a stříbrné galvanické
fúzi iontů lithia v ultratenkých Li-ion z katody na anodu a naopak. Současně pasty. Velmi malá tloušťka vzorku baterie
bateriích v pevné fázi: používá se pro ně jsou při průchodu elektrickým obvodem umožnila změřit prostorovou distribu-
označení ASSLiB (jde o zkratku z ang- redoxně získávány a ztráceny elektrony. ci atomů lithia ve všech částech vzorku
lického All-Solid-State Li-ion Battery). Separátor a kapalný elektrolyt v tradič- v různém stavu nabití. Díky softwaru
Zhruba 1 µm tenký vzorek baterie s pev- ních lithium-iontových, či obecně v al- vyvinutém v ÚJF (program LiBor), kte-
ným elektrolytem byl připraven pomocí kalicko-iontových bateriích, lze nahradit rý bere v úvahu geometrii experimentu,
magnetronového naprašování. Experi- elektrolytem v pevné fázi. Dobrý elektrolyt funkční odezvu detektoru a kolísání na-
ment prokázal, že NDP je velmi účinným tohoto typu by měl mít vysokou iontovou bitých částic, bylo spektrum NDP pře-
nástrojem pro měření rozložení lithiových (Li ) vodivost při pokojové teplotě a měl by vedeno na skutečné profily koncentrace
+
atomů ve vzorcích tohoto typu, které vý- být elektrickým izolátorem. Baterie s elekt- částic lithia.
razně závisí na stavu nabití baterie. rolytem v pevném skupenství mají mecha-
nické výhody a mohou vést k významné- Budoucí plány
Li-ion a výhody pevného elektrolytu mu zvýšení hustoty energie na objem nebo Metoda NDP může měřit nedestruktivně
Popišme stručně princip Li-ion baterie. hmotnost zařízení, a současně ke zvýšení rozložení Li-atomů ve vzorku v poměr-
Dobíjecí lithium-iontová baterie (LIB) bezpečnosti těchto baterií. Důvody této ně krátkém čase. Výsledek experimentu
přeměňuje elektrickou práci na chemic- zvýšené bezpečnosti jsou zejména čtyři: prokázal, že NDP může být výkonnou
kou energii při nabíjení a chemickou absence hořlavých kapalných elektrolytů, metodou ve výzkumu a vývoji Li-ion
energii na elektrickou práci po vybití. Vy- eliminace úniku kapalného elektrolytu, baterií pevné fáze. Kromě klasické NDP
užívá oxidačně-redukčních (redoxních) prevence rozpouštění materiálu elektrod byla v experimentu použita i nová z ní
reakcí na záporných a kladných elektro- v kapalném organickém elektrolytu (způ- vyvinutá metoda, která využívá tutéž
dách. Skládá se z katody (LiCO2), anody sobující degradaci baterie) a potlačení růs- jadernou reakci a umožňuje měřit také
(grafit), elektrolytu (organická kapalina) tu dendritů (vodivých struktur na anodě, laterální rozložení atomů lithia. Vědci
a separátoru (mikroporézní polyolefino- které by mohly vést ke zkratu). se nyní chystají použít obě metody pro
studium distribucí atomů Li v celých LIB
Podmínky a průběh ex- bateriích s pevným elektrolytem, v polo-
perimentu vičních článcích baterií a v perspektiv-
Experimentální vzorek ních materiálech pro výrobu elektrolytů
byl připraven v japon- v pevné fázi. Tým zároveň vytvořil popu-
ském vědeckém ústavu larizační videoklip o používání NDP pro
RIKEN magnetronovým vývoj baterií, který najdete na Youtube:
radiofrekvenčním na- https://youtu.be/5y-h6AkCp4g.
prašováním. Galvanic- Miroslav Dočkal
30 ké spoje byly zhotoveny Ústav jaderné fyziky AV ČR, v. v. i.