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TUM0117rapport de recherche

Les batteries, la cathode est constituée d'un mélange de nickel, de manganèse, de cobalt et de lithium, sont actuellement considérés comme les plus efficaces. Mais ils ont une durée de vie limitée. Dès le premier cycle, ils perdent jusqu'à 10% de leur capacité. Pourquoi est-ce et ce qui peut être fait contre la perte progressive ultérieure de capacité, a maintenant exploré une équipe interdisciplinaire de scientifiques de l'Université technique de Munich (TUM) en utilisant positron précis.


les batteries dites de CNG dont les cathodes sont constituées d'un mélange de nickel, de manganèse, de cobalt et de lithium, les batteries conventionnelles d'oxyde de lithium et de cobalt ont largement évincée du marché. Ils sont moins chers et plus sûrs et sont donc utilisés entre autres pour les voitures électriques et hybrides.

Mais même avec les porter un peu plus 50% des atomes de lithium dans la capacité réelle. Ne lessiver sur la première décharge de l'enquête au niveau des électrodes TU Munich encore 62% des atomes de lithium du réseau cristallin, ils reviennent recharger en arrière seulement 54%.

Dans les cycles suivants, la perte est en effet beaucoup plus faible, cependant, la capacité diminue progressivement de plus en plus loin. Après plusieurs milliers de cycles, la capacité restante est alors si faible que la batterie est inutilisable.

Captured positron montrent des trous dans le réseau

Des études d'autres groupes ont montré que retrouver le chargement évidemment pas tous les atomes de lithium dans les trous correspondants dans le réseau cristallin. Cependant, les méthodes existantes ne pouvaient pas montrer les processus atomiques responsables.

La solution est venue, comme souvent, la collaboration interdisciplinaire: Irmgard Buchberger, au Département de Electrochimie technique à la TU de Munich se tourna vers Stefan Seidlmayer, de Heinz Maier-Leibnitz Centre (MLZ) à la FRM de source de neutrons II de la technologie des batteries a également étudié ,

Il médiée le contact à Christoph Hugenschmidt qui soutient l'instrument Nepomuc l'MLZ. Elle produit positons antiparticules des électrons, qui est ciblé pour les trous peuvent rechercher dans les réseaux cristallins.

"Les positrons peuvent voler à travers des matériaux à travers des particules extrêmement petites et très mobiles. Quand ils rencontrent un électron, de sorte qu'ils finissent sur place dans un éclair d'énergie, ils trouvent un espace vide dans le réseau cristallin, survivent beaucoup plus longtemps », explique Markus Reiner, qui a effectué les essais sur l'instrument Nepomuc.

Étant donné que les positrons sont piégés pendant une courte période dans les sites du réseau vides avant de finalement annihilés, peuvent être personnalisés avec positron Annihilationsspektroskopie méthode mentionné des conclusions précises sur la traînée de l'environnement local - et cela avec une très grande sensibilité, car il peut y avoir défauts des concentrations allant à 1: 10 millions détecter.

Développement des matériaux ciblés

L'étude montre clairement que lors de la recharge restantes "trous" dans le réseau cristallin du matériau de cathode accompagnée de la perte irréversible de la capacité et ce blocage est dû au manque de remplissage des trous dans le matériau de cathode.

"Maintenant, nous avons le tour d'un chimiste à nouveau», dit le professeur Hubert Gasteiger, président du Electrochimie technique. "Avec la modification ciblée du matériau de cathode, nous pouvons maintenant chercher des moyens de contourner cet obstacle."

"Pour la recherche de la batterie, la source de neutrons Garching est un outil extrêmement utile", a déclaré Ralph Gilles, les mesures pour le projet de recherche de la batterie Exzelltum 'coordonnée au FRM II. "Neutrons nous pouvons voir en particulier les petites atomes comme le lithium et, même à travers la coque métallique à travers, pendant le fonctionnement. Avec le positron, nous avons ouvert une autre occasion de mieux comprendre les processus et ainsi continuer à améliorer ".

La recherche a été financée par le ministère fédéral de l'éducation et de la recherche (BMBF) dans le cadre du projet Exzelltum. En outre, le fonctionnement des bureaux pour les études coïncidents élargissement Doppler spectromètres est financé par le BMBF.
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