Прототип литиевой твердотельной батареи потерпел катастрофическое внутреннее короткое замыкание во время лабораторных испытаний. Используя 3D-конвейер на основе микро-КТ сверхвысокого разрешения, исследователям удалось визуализировать литиевые иглы, известные как дендриты, которые проникли в жесткий керамический электролит. Эти структуры, невидимые невооруженным глазом, росли через предсуществующие микротрещины в материале.
3D-конвейер: VGSTUDIO MAX и COMSOL в действии 🔬
Процесс анализа начинается с получения томографий сверхвысокого разрешения. Объемные данные обрабатываются в Volume Graphics VGSTUDIO MAX, где литиевые дендриты сегментируются и количественно оцениваются благодаря их контрасту плотности. Это программное обеспечение позволяет исследовать сеть микротрещин и морфологию игл. Впоследствии извлеченные 3D-модели импортируются в COMSOL Multiphysics для электрохимического моделирования. В COMSOL воссоздаются условия заряда и разряда, коррелируя реальную геометрию дендритов с локальными пиками напряжения, вызывающими отказ электролита.
Последствия для более безопасных батарей ⚡
Сочетание микро-КТ и моделирования показывает, что дендриты растут не случайно, а используют микроскопические дефекты в керамике. Это открытие имеет решающее значение для разработки более плотных и устойчивых электролитов. Представленный 3D-конвейер не только позволяет диагностировать неисправности, но и предлагает дорожную карту для прогнозирования и предотвращения коротких замыканий в будущих поколениях твердотельных батарей, ускоряя разработку более безопасных систем хранения энергии.
Какие последствия для разработки будущих керамических электролитов имеет тот факт, что микротомография выявила способность литиевых дендритов расти через границы зерен даже в материалах, считающихся высокоплотными?
(PS: Визуализация материалов на молекулярном уровне подобна наблюдению за песчаной бурей через лупу.)