メソッドは、バッテリー内部で何が起こっているかを追跡します
モビリティの未来は、電気自動車、トラック、飛行機です。しかし、単一のバッテリー設計でその未来に電力を供給する方法はありません。携帯電話やラップトップのバッテリーでさえ、要件やデザインが異なります。今後数十年にわたって必要とされるバッテリーは、特定の用途に合わせて調整する必要があります。そしてそれは、各タイプのバッテリーの内部で何が起こっているのかを可能な限り正確に理解することを意味します。
すべてのバッテリーは同じ原理で動作します。電荷を持つ原子または分子であるイオンは、電解質と呼ばれる材料を介してアノードからカソードに電流を流し、その後再び戻ります。しかし、液体であろうと固体であろうと、その材料を通る彼らの正確な動きは、何十年もの間科学者を困惑させてきました。さまざまな種類のイオンがさまざまな種類の電解質をどのように移動するかを正確に知ることは、研究者がその動きに影響を与えて、特定の用途に最も適した方法で充電および放電するバッテリーを作成する方法を理解するのに役立ちます。
科学者のチームは、バッテリー内を移動するイオンの正確な測定を可能にする技術の組み合わせを実証しました。さまざまな実験方法を組み合わせて、速度と濃度を測定し、両方を理論と比較します。これらの方法には、超高輝度X線を使用して、バッテリー内を移動するイオンの速度を測定すると同時に、モデルバッテリーが放電している間に電解質内のイオン濃度を測定することが含まれます。次に、研究チームはその結果を数学モデルと比較しました。その結果、イオンによって運ばれる電流、いわゆる輸率を表す非常に正確な数値が得られます。
輸率は、基本的に、全体の電流に対する正に帯電したイオンによって運ばれる電流の量です。チームの計算では、その数は約0.2になります。この結論は、イオンの動きを測定するこの新しい方法の感度のために、他の方法で導き出された結論とは異なります。
この実験では、研究チームはリチウムイオン電池に広く使用されている液体電解質の代わりに固体高分子電解質を使用しました。ポリマーは、一部の液体電解質の可燃性の問題を回避するため、より安全です。
これまで、バッテリーの内部動作を研究する最良の方法は、バッテリーに電流を流し、その後何が起こったかを分析することでした。リアルタイムで移動するイオンを追跡する機能により、科学者はバッテリー設計のニーズに合わせてその移動を変更することができます。
次のステップは、より複雑なポリマーやカルシウムや亜鉛などの他の材料を分析し、最終的には液体電解質にすることです。
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