Raziskovalci Laboratorija za motorje z notranjim zgorevanjem in elektromobilnost so v sodelovanju z raziskovalci iz Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo ter Kemijskega Inštituta premaknili meje razumevanja elektrokemijskega odziva baterijskih materialov s fazno separacijo. Na osnovi inovativnih izpeljav fundamentalne termodinamike materialov, elektrokemijskih meritev, napredne mikroskopije in najnaprednejših simulacijskih modelov so na primeru materiala LiFePO4 odkrili in prvič pojasnili elektrokemijske odzive znotraj-delčnega fazno separiranega stanja.
Tako so odkrili, da ima elektroda, če se nahaja v znotraj- ali med-delčno separiranem stanju, pri enakem stanju napolnjenosti in pri enaki temperaturi različne kemijske potenciale in tako tudi različne električne potenciale (Slika). Kot specifičen primer vstopa v znotraj-delčno separirano stanje so dodatno pokazali, da je med dinamičnim delovanjem baterije možno vstopiti v napetostno histerezo (Slika), ki je do sedaj veljala za področje, v katerem baterija ne more delovati pri končnih tokovih. Dodatno so eksperimentalno in modelsko potrdili, da je za obe stanji značilen tudi izrazito drugačen impedančni odziv elektrode.
Ta odkritja premikajo meje razumevanja elektrokemije materialov s fazno separacijo in odstirajo možnosti naprednega nadzora in diagnostike baterij ter virtualnih zaznaval, ki so ena izmed prebojnih področij razvoja baterijskih sistemov in na katerih avtorji sodelujejo v mnogih mednarodnih projektih. Rezultate so objavili v priznani reviji Advanced materials, ki ima faktor vpliva 32.1.
Slika 1: a Različna elektrokemijska odziva med- in znotraj-delčno separiranega stanja ter inovativni pulzno-osnovani eksperiment, ki omogoča prehod iz med-delčno separiranega stanja preko prehodnega stanja, ki je značilno za visoke prenapetosti, v znotraj-delčno separirano stanje. STEM-EELS barvna mapa, ki prikazuje preferenčno b med-delčno in c znotraj-delčno fazno separacijo LiFePO4 materiala. (Avtorji: Tomaž Katrašnik, Jože Moškon, Klemen Zelič, Igor Mele, Francisco Ruiz-Zepeda, Miran Gaberšček)
Članek si lahko preberete na spletni strani: https://doi.org/10.1002/adma.202210937