Jammer van de arme lithium-ion. Meedogenloos aangetrokken door zijn elektrische lading, het springt van anode naar kathode en weer terug, zich een weg banen door een uitgebreide moleculaire hindernisbaan. Deze reis is essentieel om alles van stroom te voorzien, van mobiele telefoons tot draadloos elektrisch gereedschap. Nog, niemand begrijpt echt wat er op atomaire schaal gebeurt als lithium-ionbatterijen worden gebruikt en opgeladen, opnieuw en opnieuw.

Reza Shahbazian-Yassar, onderzoeker van de Michigan Technological University, heeft het tot zijn taak gemaakt om de lange, vreemde reis - en misschien soepeler en gemakkelijker maken. Zijn uiteindelijke doel:betere batterijen maken, met meer kracht en een langere levensduur.

Met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie, Anmin Nie, een senior postdoctoraal onderzoeker in de onderzoeksgroep van Shahbazian-Yassar, heeft onlangs gedocumenteerd wat er met anoden kan gebeuren als lithiumionen erin werken, en het is niet bijzonder goed. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters .

"We noemen het atomaire schuifelen, " zegt Shahbazian-Yassar, de Richard en Elizabeth Henes universitair hoofddocent in nanotechnologie. "De gelaagde structuur van de elektrode verandert als het lithium naar binnen gaat, het creëren van een sandwichstructuur:er is veel lokale uitzetting en samentrekking in de elektrodekristallen, die het lithium helpt een spoor door de elektrode te banen."

Het atomaire schuifelen helpt niet alleen om te verklaren hoe lithiumionen door de anode bewegen, in dit geval een veelbelovend nieuw materiaal, zinkantimonide genaamd. Het geeft ook een idee waarom de meeste anoden gemaakt van gelaagde materialen uiteindelijk falen. "We toonden aan dat de ionen veel lokale stress en faseovergangen veroorzaken, ' zei Anmin.