ビデオリチウムイオン電池の劣化を研究している科学者たちは、急速充電は予想以上に早く電池パックを損傷すると考えています。
アメリカのパデュー大学の研究者たちは、急速充電リチウムイオン電池の電極を原子レベルでスキャンする中で、この発見をしたと述べています。機械工学助教授のケジエ・チャオ氏が率いる研究チームは、複数のスキャン技術とコンピューター支援による高度な解析を用いて特定の電池を詳細に分析し、急速充電の弱点となる可能性のあるものを発見しました。
基本的に、急速充電はバッテリーの電極粒子に損傷を与え、デバイスの容量を低下させ、寿命を縮めると考えられています。この劣化は、リチウムイオンが内部電極間を飛び回ることで引き起こされると言われています。
「これらの急速充電バッテリーは、厚い電極で覆われていることが多いですが、それでは損傷を防ぐことはできません」と趙氏は今週説明した。「バッテリーの容量は、バッテリーに含まれる粒子の数には依存しません。重要なのは、リチウムイオンがどのように使用されるかです。」
名前が明かされていない市販のリチウムイオン電池が充電および放電時にどのように変化するかを調べるために、研究チームは、『Advanced Energy Materials』および『Journal of the Mechanics and Physics of Solids』に掲載された2つの論文で説明されている画像化技術を使用して、デバイスの詳細な3Dモデルを構築した。
簡単に説明すると、この研究の経緯は次の通りです。研究チームは、欧州シンクロトロン放射光施設（ESRF）とSLAC国立研究所のスタンフォードシンクロトロン放射光源で生成されたX線を用いて、リチウムイオン電池の粗い画像を取得しました。リチウムイオン電池はX線源と検出器の間に設置されました。電磁ビームが電池の内部構造の輪郭を描き、そのスキャン画像が検出器で収集されました。
バッテリーを様々な角度からスキャンすることで、一連の2D画像が生成され、それらを積み重ねて3Dレンダリングが作成されました。具体的には、平面画像をフィルタ逆投影アルゴリズムを用いて3次元画像に変換しました。最終的に、人工知能システムによって研究者は損傷箇所を正確に特定することができたとされています。
試験後の電池電極の3Dモデル...画像提供：パデュー大学画像/Kejie Zhao
パデュー大学のケイラ・ワイルズ氏によると：
プロジェクトで生成された画像とモデルは、以下のビデオで紹介されています。
YouTubeビデオ
バッテリーの劣化を解決する方法を見つけることは、科学のあらゆる分野にまたがる重要な研究課題です。しかし、リチウムイオンバッテリーの改良について考え始める前に、研究者たちは劣化につながる正確なメカニズムを理解する必要があります。®
