Odkritje novega elektrokemijskega odziva baterijskih materialov s fazno separacijo
UL FS
Datum objave:
Raziskovalci Laboratorija za motorje z notranjim zgorevanjem in elektromobilnost Fakultete za strojništvo so v sodelovanju z raziskovalci iz Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo ter Kemijskega Instituta premaknili meje razumevanja elektrokemijskega odziva baterijskih materialov s fazno separacijo.
Na primeru materiala LiFePO4, ki je eden zelo pogosto uporabljenih materialov v litij ionskih baterijah, so odkrili presenetljive pojave v fazno separiranih materialih. Na osnovi inovativnih izpeljav fundamentalne termodinamike materialov, elektrokemijskih meritev, napredne mikroskopije in najnaprednejših simulacijskih modelov so na primeru materiala LiFePO4 odkrili in prvič pojasnili elektrokemijske odzive znotraj-delčnega fazno separiranega stanja. Tako so odkrili, da ima elektroda, če se nahaja v znotraj- ali med-delčno separiranem stanju, pri enakem stanju napolnjenosti in pri enaki temperaturi različne kemijske potenciale in tako tudi različne električne potenciale (Slika). Kot specifičen primer vstopa v znotraj-delčno separirano stanje so dodatno pokazali, da je med dinamičnim delovanjem baterije možno vstopiti v napetostno histerezo (Slika), ki je do sedaj veljala za področje, v katerem baterija ne more delovati pri končnih tokovih. Dodatno so eksperimentalno in modelsko potrdili, da je za obe stanji značilen tudi izrazito drugačen impedančni odziv elektrode.
Ta odkritja, ki premikajo meje razumevanja elektrokemije materialov s fazno separacijo so objavili v priznani reviji Advanced materials, ki ima faktor vpliva 32.1. Objavljeni rezultati pomembno vplivajo na razumevanje elektrokemijskih procesov materialov s fazno separacijo in tudi na interpretacijo elektrokemijskih meritev polnjenja in praznjenja baterij, dinamičnih obremenitev baterije in impedančnih spektrov materialov s fazno separacijo izmerjenih z metodo EIS. Razumevanje procesov v baterijah je namreč ključnega pomena za njihovo ustrezno zasnovo, nadzor, diagnostiko in posledično za njihovo ustrezno upravljanje. Vse navedene funkcionalnosti so bistvene za doseganje ustreznih zmogljivosti baterij ob zagotavljanju njihove trajnosti in predvsem varnosti. Dodatno napredni mehanistično osnovani modeli, ki smo jih razvili teh raziskavah, odstirajo globlji vpogled v fenomenologijo procesov v baterijah in odpirajo nove možnosti za poglobljeno razumevanje procesov v baterijah. Takšni modeli predstavljajo tudi osnovo za učinkovitejše modelsko osnovano napovedovanje stanj v baterijah, kar odpira nove možnosti uporabe takšnih naprednih modelov kot virtualnih zaznaval. Prebojnost raziskav avtorjev na teh področjih potrjuje tudi sodelovaje v sedmih tekočih mednarodnih projektih z vodilnimi evropskimi partnerji.
Referenca:
KATRAŠNIK, Tomaž, MOŠKON, Jože, ZELIČ, Klemen, MELE, Igor, RUIZ-ZEPEDA, Francisco, GABERŠČEK, Miran. Entering voltage hysteresis in phase-separating materials : revealing the electrochemical signature of the intraparticle phase-separated state. Advanced materials. [Online ed.]. Aug. 2023, vol. 35, iss. 31, [article no.] 2210937, str. 1-18, ilustr. ISSN 1521-4095. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210937, DOI: 10.1002/adma.202210937 (JCR IF= 32.1)
Raziskava je bila delno financirana iz sredstev EU: EC - H2020: OBELICS - Optimization of scalaBle rEaltime modeLs and functIonal testing for e-drive ConceptS.
