MIKROSKOOBIVIDEO: Mis toimub aku laadimise ajal selle sisemuses
Aknake, mille Michigani ülikooli uurijad liitiumipõhiste akude täis- ja tühjakslaadimise mikrotagajärgede filmimiseks leiutasid, on suurepärane näide säästlikust teaduslahendustest, mis võib anda olulisi tulemusi.
Liitium-ioonakude tulevik on tumedavõitu, leiab Michigani ülikooli teadlane Neil Dasgupta, kuna keemiat pole võimalik sundida palju enamaks kui see, mis juba praegu võimalik on. Järgmise põlvkonna liitiumelemendid hakkavad tõenäoliselt rakendama liitiumi ja õhu või liitiumi ja väävli vahelisi keemilisi reaktsioone. Üks suur takistus teel taoliste akude praktiliseks muutmisele on nn dendriidid — tillukesed oksalaadsed struktuurid, mis tekivad liitiumelementide elektroodidele. Vahendab New Atlas.
Dendriidid võivad lõhkuda elemendi korpuse või pärssida liitiumi potentsiaali. Aku tõhusust kahandavad mõlemad protsessid, mis võivad põhjustada isegi ohtlikku ülekuumenemist ja plahvatusi — samasuguseid, nagu need, millega on kimpus olnud nutitelefon Samsung Galaxy Note 7 (ehkki seda, mis Note 7 hästidokumenteeritud ekspluatatsiooniprobleeme põhjustas, pole veel täie kindlusega välja selgitatud).
Akuelemente testitakse tavaliselt täis- ja tühjakslaadimistsüklite käigus, millega hinnatakse elementide mahtuvust ja voolu pidevust, et seejärel element osadeks lahti võtta ja selle sisemuses aset leidnud protsesside tagajärgi vaadelda. Dasgupta töörühm otsustas aga teistsuguse lähenemise kasuks. Nimelt lisasid nad liitiumakule akna, mis võimaldas dendriitide kujunemist ja deformeerumist täis- ja tühjakslaadimiste käigus vahetult seirata. Nii kogusid uurijad olulist uut teavet selle kohta, kuidas dendriidid reaalajas käituvad ning kuidas nende tekitatavaid kahjustusi võiks olla võimalik leevendada.
Tuli välja, et laadimistsüklite käigus kasvasid dendriidid liitiumi akumuleerumisel elektroodile, et tühjendamistsüklite käigus jälle kahaneda. Liitiumi eemaldumisel elektroodide pinnalt jäid sellest metalli sisse tillukesed lohud. Need lohud osutusid aga järgmise tsükli ajal uutele dendriitidele headeks nukleatsioonipunktideks. Nii kasvasidki dendriidid iga tsükliga suuremateks. Töörühma kirjelduse kohaselt kasvasid ja kahanesid dendriidid akutsüklite vältel „orgaanilisel moel“, nagu taimed, mis alul vohavad ja seejärel närtsivad.
Töörühm leidis, et teatud tingimustel võivad dendriidid aku tööd soodustada. Kui dendriidid „kasvavad“ aku sisepinnal ühtlase vaibana ja jäävad väikesteks, saavad need protsessi rohkem liitiumit hõlmata, säilitades sel moel aku soorituse stabiilsust. Michigani ülikooli uurijad usuvad, et dendriitide käitumise optimaalne kontrollimine peaks tulevikus kujunema oluliseks sihiks akutööstuses, kuna dendriitide täielik likvideerimine ei tundu eriti tõenäoline.
