Применение метода нейтронной радиографии для исследования миграции ионов лития в электрических батареях в процессе разряда

Аннотация

Литий-ионные батареи широко используются в современной технике в качестве надежного и стабильного источника питания. Они представляют собой пару электродов, разделенных специальным материалом пропитанным электролитом. Носителями заряда в таких устройствах являются ионы лития. Одним из факторов, влияющим на работу таких батарей, является миграция ионов лития. Исследования показали, что анизотропная миграция ионов лития на электроде приводит к возникновению локальных дислокаций кристаллической решетки. В результате этого структура анода прекращает быть неоднородной, что приводит к неэффективному передвижению зарядов в нем и соответственно к снижению эффективности батареи [1]. Поэтому разрабатываются новые и улучшаются существующие типы литий-ионные батареи с повышенной эффективностью. Для чего проводятся исследования, в частности, направленные на изучение процессов миграции и поведения лития в батареях. Одним из эффективных неразрушающих методов таких исследований является нейтронная радиография, поскольку полное микроскопическое сечение взаимодействия 6Li с нейтронами составляет около 940 барн [2]. Кроме того, современные установки нейтронной радиографии позволяют исследовать внутренние процессы в литий-ионных батареях в режиме реального времени.
В настоящей статье приведены результаты исследования распределения лития в двух коммерческих типах литий-ионных батареях в процессе их разрядки в режиме реального времени. Исследования проведены неразрушающим методом на установке нейтронной радиографии TITAN. В результате проведенных исследований были получены экспериментальные данные о миграции и распределении лития в батареях в разных состояниях. Показано, что при разрядке батареи происходит миграция ионов лития к катоду со скоростью 0,83∙10-5 и 0,36∙10-4 см/с.

Литература

1 Z. Yang, L. Gu, Y.S. Hu, & H. Li Annual, Review of Materials Research, 47, 175-198 (2017).

2 https://atom.kaeri.re.kr/ link to Nuclear database

3 Wu Musheng, Xu Bo, Ouyang Chuying, Chinese Physics B, 25(1), 018206 (2016).

4 J.B. Siegel et al., J. Electrochem. Soc. 158, A523-A528 (2011).

5 L.G. Butler, E.H. Lehmann, B. Schillinger, Physics Procedia, 43, 331–336 (2013).

6 M. Jia, H. Wang, Z. Sun, Y. Chen, C. Guo and L. Gan, RSC Adv.,7, 26089-26096 (2017).

7 Y. Luo, M. Shui, J. Shu, Results in Physics 14, 102490 (2019).

8 F. Yang, ECS Electrochemistry Letters, 4 (1), A7-A9 (2015).

9 A. Kordatos, N. Kuganathan, N. Kelaidis, et al., Scientific reports, 8, 6754 (2018).

10 Y. Choo, D.M. Halat, et.al., Progress in Polymer Science, 103, 101220 (2020).

11 Y.S. Lee, K.S. Ryu, Scientific reports, 7, 16617 (2017).

12 M. Raventosa, R.P. Hartia, E. Lehmann and C. Grünzwei, Physics Procedia, 88, 275-281, (2017).

13 T.J.Collins, Biotechniques, 43, 25-30 (2007).

14 C. Carminati, P. Boillat, F. Schmid, P. Vontobel, J. Hovind, M. Morgano, et al, PLoS ONE 14(1). e0210300 (2019).

15 Waleed Abd el Bar, Imbaby I. Mahmoud, Hussein A. Konber, T. Mongy, Alexandria Engineering Journal, 54, 1057-1066 (2015).

16 K.M. Nazarov, B. Muhametuly, E.A. Kenzhin, S.E. Kichanov, D.P. Kozlenko, E.V. Lukin, A.A. Shaimerdenov, Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, 982, 164572 (2020).

17 Arinkin F.M., Shaimerdenov A.A., Gizatulin Sh.Kh., Dyusambaev D.S., Koltochnik S.N., Chakrov P.V., Chekushina L.V., Atomnaya energiya, 1 (123), 5-20 (2017). (in Russ)

18 A.B. Bauyrzhan, S.N. Koltochnik, M.T. Aitkulov, D.S. Dyussambayev, A.A. Shaimerdenov, B. Mukhametuly, N.T. Burtebaev, Eurasian Journal of Physics and Functional Materials, 3(3), 219-225 (2019).

19 K.M. Nazarov, S.E. Kichanov, et.al., Eurasian Journal of Physics and Functional Materials, 5(4), 169-180 (2021).

20 K.M. Nazarov, S.E. Kichanov, et.al., Eurasian Journal of Physics and Functional Materials, 5(4), 169-180 (2021).
Как цитировать
BUGYBAY, Zh.T. et al. Применение метода нейтронной радиографии для исследования миграции ионов лития в электрических батареях в процессе разряда. Вестник. Серия Физическая (ВКФ), [S.l.], v. 81, n. 2, p. 78-84, june 2022. ISSN 2663-2276. Доступно на: <https://bph.kaznu.kz/index.php/zhuzhu/article/view/1564>. Дата доступа: 19 aug. 2022 doi: https://doi.org/10.26577/RCPh.2022.v81.i2.010.
Раздел
Физика конденсированного состояния и проблемы материаловедения. Нанонаука

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

Особенность: этот модуль требует, что бы был включен хотя бы один модуль статистики/отчетов. Если ваши модули статистики возвращают больше одной метрики, то пожалуйста также выберите главную метрику на странице настроек сайта администратором и/или на страницах настройки управляющего журналом.