Společnost Toyota Motor Corporation vyvinula jako první na světě metodu pozorování vlastností iontů lithia v elektrolytu během nabíjení a vybíjení lithium-iontových akumulátorů. Tento objev pomůže k prodloužení životnosti akumulátorů a měl by vést i k prodloužení dojezdové vzdálenosti vozů, jež tyto akumulátory využívají.

Díky uvedené metodě je možné v reálném čase sledovat vychylování iontů lithia, což je jedna z příčin degradace výkonu akumulátorů Li-ion. Toyota věří, že výsledky významným způsobem posunou výzkum a vývoj zaměřený na zlepšování výkonových parametrů a odolnosti akumulátorů, což by mělo přispět k delší životnosti akumulátorů a prodloužení dojezdu hybridních vozů s možností vnějšího nabíjení (PHV) a elektromobilů (EV).

Akumulátory typu Li-ion využívají oxidy kovu na katodách, materiál na bázi uhlíku na anodách a dále organický elektrolyt. Při nabíjení proudí ionty lithia v elektrolytu směrem od katody k anodě, resp. od anody ke katodě během vybíjení, kdy vzniká využitelný elektrický proud. Ionty lithia tak během nabíjení a vybíjení akumulátoru hrají v elektrolytu zásadní roli.

Je známo, že u elektrod a elektrolytu dochází v důsledku nabíjení a vybíjení k vychylování iontů lithia, což je pravděpodobnou příčinou omezující oblast využitelnosti akumulátorů. Jde zároveň o jeden z faktorů omezujících maximální využitelnost výkonových parametrů těchto akumulátorů. Při zkoumání mechanismu vychylování iontů lithia však za použití stávajících metod nebylo možné potvrdit vlastnosti těchto iontů v elektrolytu ve shodném prostředí a za stejných podmínek, jako při praktickém použití v souvisejících produktech.

Uvedeme si dva klíčové principy metody pozorování, kterou Toyota k vyřešení tohoto problému vyvinula:

1. Zařízení Toyota Beamline v generátoru synchrotronového záření SPring-83 (jenž je zdrojem nejvýkonnějšího synchrotronového záření na světě) produkuje velmi silné rentgenové paprsky, které jsou přibližně miliardkrát silnější než paprsky používané běžnými rentgeny. Díky tomu lze dosáhnout vysokého rozlišení 0,65 mikrometru/pi­xel při měření vysokou frekvencí 1 snímek/100 ms.
2. Namísto elektrolytu s fosforem, používaným v mnoha typech lithium-iontových akumulátorů, se zde používá nový elektrolyt s těžkými prvky, jenž nahrazuje ionty fosforu, na které se vážou ionty lithia při průchodu elektrolytem s ionty těžkých prvků. Těžké prvky propouštějí rentgenové paprsky hůře než fosfor, a tak stíny na snímcích pořízených po průchodu rentgenových paprsků jsou tmavší. Sledováním chování těžkých prvků je možné monitorovat způsob vychylování iontů lithia, které se na ně vážou v elektrolytu.

S využitím výše popsané metody na akumulátoru, který je podobný jako ve skutečných produktech s vícevrstvou strukturou – v podobném prostředí a za podmínek podobných reálnému provozu – je možné v reálném čase pozorovat vychylování iontů lithia v elektrolytu během nabíjení a vybíjení akumulátoru. Uvedená metoda pozorování pochází ze společného vývoje firem Toyota Central R&D Labs, Inc., Nippon Soken, Inc. a čtyř univerzit.

Toyota se nyní zaměří na pozorování vlastností iontů lithia v důsledku rozdílů v materiálech a struktuře katod, anod a elektrolytů, resp. různých způsobů energetického managementu akumulátoru. Analýzy mechanismů, způsobujících degradaci výkonnostních parametrů akumulátorů, posunou aktivity výzkumu a vývoje směřující ke zlepšování výkonu a odolnosti akumulátorů, tedy i k delší životnosti akumulátorů a prodloužení dojezdu vozů, které je využívají.