Нов метод с позитрони обещава по-бързо зареждане и по-издръжливи батерии

Международен екип, ръководен от проф. Рафаел Ферагут от Катедрата по физика на Politecnico di Milano, представи пробивен метод за наблюдение на електронните процеси в катодите на литиево-йонните батерии. Резултатите, публикувани в Physical Review Letters, дават нов поглед към едно от най-големите предизвикателства пред бързото зареждане: какво точно се случва на „заровените“ интерфейси между оксидните микрочастици (LiCoO₂) и въглеродните добавки, които осигуряват проводимост.

Антиматерията в полза на батериите

Екипът използва позитронна анхилационна спектроскопия – техника, която разчита на позитрони, античастиците на електроните. След като навлезе в материала, позитронът се сблъсква с електрон и двете частици се унищожават, освобождавайки два гама фотона.

Чрез анализ на тяхното енергийно разпределение учените получават уникален „квантов отпечатък“ на електронните орбитали в различните зони на катода. Особено ценен се оказва режимът Coincidence Doppler Broadening, който ясно различава: π-връзките на въглерода (2pz), както и кислородните 2p орбитали в LiCoO₂, ключови за редокс процесите при работа на батерията.

Това позволява за първи път директно да се „види“ как електроните се държат на интерфейса между оксид и въглерод – зона, която досега оставаше недостъпна за повечето аналитични техники.

Комбинирайки експериментите с ab initio симулации (DFT), екипът разработва нов параметър, който количествено определя каква част от сигнала идва от въглеродната фаза. Това превръща позитронната спектроскопия в своеобразен „сензор за материя–антиматерия“, способен да картографира наномащабната електронна архитектура на катода.

По-бързо зареждане и по-умни материали

Новият подход позволява да се свържат квантовите отпечатъци с морфологията на въглеродните добавки. Това отваря път към по-ефективен дизайн на проводими добавки, оптимизирани покрития за катоди, по-бързо и по-стабилно зареждане, както и приложения в следващото поколение твърдотелни. батерии

Според проф. Ферагут методът прави „невидимата електронна инфраструктура“ на катода видима и измерима – ключова стъпка към по-умни и по-бързи енергийни системи.