När litiumjoner rör sig in och ut ur batteriets elektrod under processen läcker också en del syre ut, vilket minskar batteriets spänning (mängden energi det producerar) i samma utsträckning.
Processen är inte särskilt snabb, men med tiden ökar förlusterna och kan i slutändan minska batterikapaciteten med 10-15%.
Det amerikanska energidepartementets specialister mätte denna process med extrem precision och registrerade hur hålrummen som lämnas av de utströmmande syreatomerna förändrar elektrodens struktur och kemiska sammansättning och gradvis minskar mängden energi som den kan lagra.
De erhållna resultaten motsäger vissa moderna hypoteser och ger ny information för utvecklingen av mer avancerade elektroder.
Som forskarna själva noterar fungerar de som en gungstol och flyttar litiumjoner fram och tillbaka mellan två elektroder, som tillfälligt lagrar en laddning. Helst, av alla de miljarder nanopartiklar som utgör varje elektrod, bör bara dessa joner komma in och ut.
Men helst går det inte. Forskare har länge vetat att under laddnings- och urladdningsprocessen flyger även syreatomer ut ur elektroderna.
Det var mycket svårt att räkna dem, eftersom dessa läckor är för obetydliga för att direkt mätas.
Man trodde tidigare att syreläckage endast sker från ytan av nanopartiklar, eftersom syreatomer har mycket svårt att förflytta sig genom de fasta material som batterier fungerar i.
För att dubbelkolla detta och bättre förstå dessa processer, demonterade batteriforskare under olika tidsperioder dem och skar elektrodernas nanopartiklar för detaljerad studie under den så kallade (en av världens ljusaste källor för ultraviolett och mjukt X- strålljus, såväl som den första synkrotronkällan “tredje generationens” ljus).
Där de med hjälp av ett specialiserat röntgenmikroskop studerade proverna, fotograferade dem i hög upplösning och studerade den kemiska sammansättningen av var och en. Dessutom analyserades proverna med ptykografisk utrustning.
Genom att jämföra resultaten av experiment med datormodeller av hur syreförlust kan uppstå, kom forskarna till slutsatsen att den initiala frisättningen av syre faktiskt bryter av från partiklarnas yta, men börjar sedan rinna i en tunn ström inifrån elektroden.
Dessutom, på de platser där nanopartiklar smälte samman till större klumpar, förlorade partiklarna i mitten av klumpen mindre syre än de som var närmare dess yta.
Därav samma fråga: hur förändras elektrodens egenskaper när syreatomer faktiskt faller ut ur den? Kollapsar det? Eller komprimerar den? Som det visade sig, varken det ena eller det andra. Men bildandet av tomrum går inte obemärkt förbi.
Nu, enligt forskarna, “”, vilket betyder att vi kan tänka på hur vi mer effektivt kan minska förlusten av syre och dess destruktiva effekter.
