Toyota Motor Corporation významným krokem postoupila ve vývoji svých bateriových článků pro Plug-in hybridní vozy a elektromobily. Vyvinula totiž metodu, s jejíž pomocí jsou inženýři schopni v reálném čase pozorovat vychylování iontů, což je jedna z příčin poklesu výkonu Li-ion baterií.
Baterie typu Li-ion využívají oxidy kovu na katodách, materiál na bázi uhlíku na anodách a dále organický elektrolyt. Při dobíjení proudí lithné ionty v elektrolytu směrem od katody k anodě, resp. od anody ke katodě, během vybíjení, kdy vzniká využitelný elektrický proud. Ionty lithia tak během dobíjení a vybíjení baterie hrají v elektrolytu zásadní roli.
V důsledku nabíjení a vybíjení dochází u elektrod a elektrolytu k vychylování lithných iontů, což je považováno za jednu z hlavních příčin omezení rozsahu využitelnosti baterií. S pomocí technologie pozorování budou moci pracovníci zkoumat chování iontů v reálném čase a v prostředí velmi podobném reálným podmínkám užívání. V dalších měsících budou pracovníci zkoumat různé materiály i struktury anod a elektrolytů.
Principy fungování pozorování
– Zařízení Toyota Beamline2 v generátoru synchrotronového záření SPring-83 (jenž je zdrojem nejvýkonnějšího synchrotronového záření na světě) produkuje velmi silné rentgenové paprsky, které jsou přibližně miliardkrát silnější než paprsky používané běžnými rentgeny. Díky tomu lze dosáhnout vysokého rozlišení 0,65 mikrometru/pixel při měření vysokou frekvencí 100 ms/snímek.
– Namísto elektrolytu s fosforem, používaným v mnoha typech Li-iontových baterií, se zde používá nový elektrolyt s těžkými prvky, jenž nahrazuje ionty fosforu, na které se váží lithné ionty při průchodu elektrolytem s ionty obsahujícími těžké prvky. Těžké prvky propouštějí rentgenové paprsky hůře než fosfor, a tak stíny na snímcích pořízených po průchodu rentgenových paprsků jsou tmavší. Sledováním chování těžkých prvků je možné monitorovat způsob vychylování lithných iontů, které se na ně váží v elektrolytu.
Výzkum je prováděn ve zkušebně s celosvětově nejvýkonnějším generátorem synchrotronového záření, který je provozován a vlastněn institutem RIKEN. Provoz a údržbu zajišťuje japonský výzkumný institut JASRI.
