Sondovanie vo vnútri materiálu, na rozhraní dvoch rôznych vrstiev, je jedna vec. Robiť to za realistických okolností, keď sú materiály aktívne, je ďalšia a nie je to také ľahké. To je presne to, čo by chceli výskumníci z Inštitútu MESA + na Univerzite v Twente v Holandsku dosiahnuť pomocou špeciálneho stroja, ktorý vyrábajú. Vďaka röntgenovému systému s tromi farbami sa budú môcť pozrieť do troch samostatných hĺbok. Zariadenie, na ktoré Holandská organizácia pre vedecký výskum (NWO) poskytla veľkú dotáciu, preukáže svoje jedinečné kvality napríklad pri vývoji nových typov batérií pre elektrickú mobilitu a nových katalyzátorov na výrobu zeleného vodíka.

Nachádza sa na rozhraní dvoch materiálov, kde sa to udeje. To je prípad lepšie fungujúcich a udržateľnejších batérií, rovnako to je aj v prípade nových katalyzátorov. Vylepšenia sa dajú dosiahnuť, keď sa spoja dva materiály, či už sú oba pevné, alebo jeden je tuhý a jeden je tekutý. Merania na rozhraniach je už možné vykonať, ale príliš často sa to deje za zvláštnych okrajových podmienok, ako je vákuum. Nejde to dobre spolu s prítomnosťou kvapaliny. V súčasných batériách na báze lítium-iónových tekutín je medzi plusovým a mínusovým pólom kvapalina. Pohľad cez kvapalinu na niekoľko vrstiev pod sebou je nevyhnutný na zlepšenie výkonu batérie.

Prikryté vrstvy

Vytvorením špeciálnej „bubliny“ pre merania a inteligentným čerpaním kvapaliny je skutočne možné pozerať sa cez kvapalinu a ďalej, na vrstvy. Bublina tiež obsahuje elektródy na aktiváciu vrstiev. Vďaka röntgenovým lúčom troch vlnových dĺžok je možné skontrolovať materiál v troch hĺbkach.

Technológia s názvom tvrdá röntgenová fotoelektronická spektroskopia (hard X-ray photoelectronic spectroscopy – „HAXPES“) bude prvá svojho druhu na svete. Aj keď je už možné nahliadnuť do vnútorných materiálov, napríklad pomocou nastavení synchrotrónov, ako je napríklad European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) v Grenobli, to nemá flexibilitu nového systému. Pomocou HAXPES bude možné merať stav batérie alebo výrobu vodíka.

Stav batérie

Všeobecne sa očakáva, že budúce batérie už nebudú obsahovať kvapaliny. Polovodičová batéria existuje na celom svete – tiež v Twente Center for Advanced Battery Technology. Aj v tomto prípade bude nový stroj schopný analyzovať pevné vrstvy, aby našiel najlepšiu kombináciu nových a udržateľných materiálov, ktoré zlepšujú výkon batérie.

Podľa vedúceho projektu Prof. Gertjana Kostera HAXPES dodá výskumnej infraštruktúre MESA + NanoLab veľkú hodnotu, najmä pokiaľ ide o výskum skladovania a premeny energie a katalýzy. Stroj pozostávajúci z komerčne dostupných modulov a technológie, ktorá je vyvíjaná „interne“, bude vyrábaná postupne v priebehu nasledujúcich rokov.

Výroba zariadenia HAXPES je možná vďaka grantu vo výške 2,2-milióna EUR z programu „NWO-large“ Holandskej organizácie pre vedecký výskum na veľké investície do inovatívneho laboratórneho vybavenia.

Zdroj: https://sciencebusiness.net; https://www.utwente.nl, zverejnené: 26. 5. 2021, autor: rpa