I ricercatori stanno usando i neutroni per studiare un materiale per batterie che potrebbe offrire un'alternativa più sicura al componente liquido infiammabile presente nella maggior parte dei tipi di batterie agli ioni di litio.

Rob Schmidt, un ricercatore post-dottorato presso l'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento di Energia, e i suoi collaboratori stanno utilizzando neutroni presso l'High Flux Isotope Reactor (HFIR) del laboratorio per studiare un materiale di granato a nucleo solido come possibile sostituto dei nuclei liquidi infiammabili spesso utilizzati nelle batterie agli ioni di litio.

Le batterie contengono un materiale centrale noto come elettrolita che consente agli ioni di viaggiare tra le estremità positive e negative della cella per mantenere una carica bilanciata. Però, la maggior parte degli elettroliti liquidi utilizzati oggi nelle batterie agli ioni di litio sono infiammabili. Schmidt sta studiando un materiale elettrolitico solido per un potenziale utilizzo nella prossima generazione di batterie agli ioni di litio per una maggiore sicurezza e affidabilità.

Il team sta utilizzando l'elevata sensibilità al litio di CG-1D per monitorare la progressione degli ioni di litio attraverso l'elettrolita e per osservare le condizioni che portano alla formazione di dendriti indesiderati. dendriti, sottili filamenti di metallo di litio che possono formarsi all'interno delle celle della batteria, degradare le prestazioni della batteria creando variazioni indesiderate nelle distribuzioni di corrente elettrica.

"Il litio è un materiale metallico morbido, quindi un dendrite di litio è in grado di attraversare i liquidi abbastanza facilmente, che rende facile il cortocircuito delle batterie, " ha detto Schmidt. "Il litio non dovrebbe passare attraverso un rigido, materiale simile alla ceramica come il materiale granato che stiamo studiando, ma lo fa. Vogliamo sapere perché e come lo fa".

Schmidt ha ipotizzato che il primo passo verso il guasto sia troppa corrente ionica in un'area, seguita dalla formazione di dendriti in aree che hanno una maggiore densità di corrente di ioni di litio. Il dendrite potrebbe creare un percorso più facile per il movimento delle cariche ioniche rispetto all'elettrolita. Un dendrite parzialmente formato concentra la corrente ionica verso quel percorso più facile; una volta che il dendrite si è completamente formato tra entrambi gli elettrodi, crea un corto circuito elettrico interno.

"Non puoi davvero vedere bene i dendriti sondando con i raggi X, ma con i neutroni, puoi vedere dove il litio assorbe davvero i neutroni, molto bene, " Egli ha detto.

Se i neutroni possono aiutare il team a capire meglio come si formano i dendriti, potrebbero essere in grado di informare la progettazione di batterie nuove e in definitiva più sicure.