درک بهتر رفتار باتریها در مقیاس نانو میسر شد
محققان آزمایشگاه ملی Oak Ridge در آمریکا با استفاده از
میکروسکوپی پیشرفته، تصویر جدیدی از نحوه عملکرد باتریهای یون لیتیومی
ارائه کردهاند.
این گروه تحقیقاتی روش جدیدی به نام میکروسکوپی کششی الکتروشیمیایی (ESM)
ابداع کردهاند که میتواند حرکت یونهای لیتیومی در کاتد باتریها را
بررسی کند.
سرجی کالینین از
محققان این گروه پژوهشی میگوید: « با استفاده از این روش میتوانیم تصویر
دقیقی از حرکت یونها در مقیاس نانومتری ارائه دهیم که 106 تا 107 برابر
بهتر از پیشرفتهترین روشهای الکتروشیمیایی است.»
این
محققان با استفاده از روبشگر ESM یک اختلاف پتانسیل به کاتد لایهای باتری
اعمال کردند. سپس با اندازهگیری کشش الکتروشیمیایی ایجاد شده یا تغییر
حجم، چگونگی جریان یونها در طول ماده را به تصویر کشیدند.
کالینین
توضیح میدهد که در روشهای الکتروشیمیایی موجود به جای اندازهگیری کشش،
جریان الکتریکی اندازه گرفته میشود؛ اما این روشها در مقیاس نانو عمل
نمیکنند، زیرا جریانهای الکتروشیمیایی در این مقیاس کوچکتر از آن هستند
که اندازهگیری شوند.
او میگوید: «تا جایی که میدانیم این اولین اندازهگیری جریان یون لیتیوم با این تفکیکپذیری فضایی بالاست.»
باتریهای یون لیتیومی به دلیل وزن کم، دانسیته انرژی بالا و قابلیت شارژ مجدد دارای اهمیت هستند.
محققان امیدوارند با داشتن علم بیشتر در مورد قطعات و دینامیک این باتریها در مقیاس بسیار کوچک، عملکرد آنها را بهبود بخشند.
میکروسکوپ
ESM میتواند از ساختارهای کوچکی همچون دانهها، خوشههای دانهای و نقایص
ساختاری درون ماده کاتد تصویربرداری کند. به عنوان مثال این
تصویربرداریها نشان دادند که جریان یونهای لیتیوم در مرز دانهها تمرکز
دارد که این امر میتواند به ایجاد ترک و از کار افتادن باتری منجر شود.
با
وجودی که این تحقیق روی باتریهای یون لیتیوم تمرکز داشته است، اما این
گروه انتظار دارد بتوان از این روش برای بررسی سامانههای الکتروشیمیایی
حالت جامد دیگر مثل انواع دیگر باتریها، پیلهای سوختی یا ابزارهای
الکتروشیمیایی مشابه که از حرکات یونی نانومقیاس برای ذخیره اطلاعات بهره
می برند، استفاده کرد.
نینا
بالکه، یکی دیگر از محققان این کار میگوید: «تغییرات بسیار کوچک در مقیاس
نانو میتواند اثرات بزرگی در عملکرد ابزار مورد نظر داشته باشد. درک
باتریها در این مقیاس کوچک میتواند به ارائه پیشنهادهایی برای مهندسی
مواد منجر شود.»
جزئیات این کار در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.
بهترینها برای شما بهترین، هرآنچه در مورد رشته فاخر برق و گرایشات متعدد آن میخواهید را در این وبنوشت بیابید