電池は、カソードはニッケル、マンガン、コバルト、及びリチウムの混合物からなる、現在最も効率的であると考えました。 しかし、彼らはまた、限られた命を持っています。 最初のサイクルから、彼らは彼らの能力の10％まで失います。 これは、何が容量のその後の段階的な損失について行うことができますなぜ、今、陽電子の詳細を使用して、ミュンヘン工科大学（TUM）の科学者の学際的なチームを調査しました。

カソードがニッケル、マンガン、コバルト、リチウムの混合物で構成されている、いわゆるNMCバッテリーは、従来のコバルト酸リチウムバッテリーを市場から大きく押し出しました。 それらはより安価で安全であるため、とりわけ電気自動車やハイブリッド車で使用されます。 しかし、それらを使用しても、リチウム原子の50％強だけが実際の容量に寄与します。 ミュンヘン工科大学で調べた電極の最初の放電中に、リチウム原子の62％が結晶格子から分離することができましたが、再充電すると54％しか戻りません。

その後のサイクルでは、損失ははるかに低くなりますが、容量は徐々に減少します。 数千サイクル後、残りの容量が非常に少なくなり、バッテリーが使用できなくなります。

キャプチャされた陽電子はグリッドに穴が開いている

他のグループによる調査では、充電中にすべてのリチウム原子が結晶格子の適切なギャップに戻るわけではないことが示されました。 ただし、以前の方法では、これに関与するアトミックプロセスを表示できませんでした。 よくあることですが、解決策は学際的な協力から生まれました。ミュンヘン工科大学の技術電気化学の議長を務めるIrmgard Buchbergerは、FRMII研究用中性子源で電池技術を研究しているStefanSeidlmayerに連絡しました。 Heinz Maier-Leibnitz Zentrum（MLZ）..

彼はMLZでネポムック楽器を担当しているクリストフ・ヒューゲンシュミットとの接触を手配しました。 これは、電子の反粒子である陽電子を生成します。これは、結晶格子内の正孔を具体的に検索するために使用できます。 「非常に小さく、移動性の高い粒子であるため、陽電子は物質を飛ぶことができます。 電子に当たるとすぐに一瞬のエネルギーになり、結晶格子に空のスポットが見つかった場合、はるかに長く生き残ります」と、ネポムック装置で実験を行ったマーカス・ライナーは説明します。

陽電子は、最終的に燃える前に空の格子サイトに短時間閉じ込められるため、陽電子消滅分光法を使用して、局所環境に関する正確な結論を導き出すことができます。 1：10ミリオン検出。

ターゲット素材開発

この研究は、再充電中にカソード材料のグリッドに残っている「穴」が、容量の不可逆的な損失に関連し、この閉塞がカソード材料の穴の不十分な充填に起因することを明確に示しています。 「今度は再び化学者としての私たちの番です」と、技術電気化学の議長であるHubertGasteiger教授は言います。 「カソード材料を特別に変更することで、この障壁を回避する方法を探すことができます。」

"のために バッテリー研究では、ガルヒング研究の中性子源は非常に役立つツールです」と、FRMIIの「Exzellum」バッテリー研究プロジェクトの測定を調整するラルフ・ギルスは言います。 「中性子を使用すると、特にリチウムのような小さな原子を、機械の動作中に金属シェルを通して見ることができます。 陽電子により、プロセスをよりよく理解し、プロセスをさらに改善できる別の可能性が開かれました。」

この研究は、Exzelltumプロジェクトの枠組みの中で、連邦教育研究省（BMBF）の資金によって支援されました。 調査に使用された一致ドップラー拡がり分光計の操作も、BMFBから資金提供を受けます。