برای درک بهتر فرآیند شارژ و دشارژ؛

سازوکاری برای بررسی نانومقیاس باتری‌ها فراهم شد

محققان سخت‌افزار و نرم‌افزاری برای بررسی نانومقیاس نانوذرات به کاررفته در باتری یون لیتیم ارائه کردند که به آن‌ها امکان می‌دهد تا درک بهتری از فرآیند شارژ/دشارژ داشته باشند.

کد خبر: ۶۷۲۶۰۵

دوشنبه - ۲۱ اسفند ۱۳۹۶ / March 12, 2018

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، در مقاله‌ای که محققان در نشریه Nature Communications به چاپ رساندند، روش جدیدی ارائه شد که با استفاده از آن می‌توان واکنش‌های شیمیایی درون باتری‌ها را در مقیاس نانومتری بررسی کرد.

با ایجاد امکان بررسی بسیار دقیق واکنش‌های شیمیایی در باتری‌های یون لیتیم، دانشمندان می‌توانند چگونگی عملکرد باتری را مشخص کرده و نشان دهند چگونه می‌توان باتری را بهینه‌سازی کرد. با استفاده از این روش دانشمندان می‌توانند درک بهتری از آنچه که در مقیاس نانومتری در حین شارژ/دشارژ باتری رخ می‌دهد به‌دست آورند.

ابزار‌های رایج برای بررسی این واکنش‌ها تنها می‌تواند اطلاعاتی درباره‌ی میانگین ترکیب شیمیایی الکترود‌ها در یک زمان مشخص ارائه کند. محققان می‌توانند بگویند که چند درصد از الکترود به‌صورت دائمی اکسید شده‌است. اما این ابزار‌ها نمی‌توانند درباره‌ی بخشی از ناحیه اکسید شده الکترود اطلاعاتی ارائه کنند.

با توجه به این محدودیت‌ها، نمی‌تواند گفت که اگر واکنش‌ها به یک ناحیه مشخصی از الکترود محدود شود، مثلا سطح مواد، آیا واکنش به‌صورت یکنواخت در تمام الکترود اتفاق می‌افتد یا خیر.

با استفاده از این روش که توموگرافی تیگوگرافیک اشعه ایکس نام دارد، می‌توان درباره‌ی این فرآیند‌ها اطلاعات دقیق‌تری به‌دست آورد. این پروژه با همکاری محققان آزمایشگاه لورنس و دانشگاه ایلینویز شیکاگو انجام شده‌است.

این گروه تحقیقاتی دستگاهی ساخته و برای آن الگوریتم اندازه‌گیری ویژه‌ای تدارک دیده‌اند که با استفاده از آن می‌توان به سؤالات بنیادین درباره مواد مورد استفاده درباتری پاسخ داد. این ابزار و نرم‌افزار آن امکان شناسایی رفتار مواد در باتری‌ها را فراهم می‌کند.

این دو تیم تحقیقاتی از روش توموگرافی برای تصویربرداری از چند ده نانوذره در لایه فسفات آهن لیتیم استفاده کردند که روی سطح الکترود باتری را پوشانده است. این لایه در حین شارژ باتری، تشکیل می‌شود. محققان با استفاده از پرتو نانومقیاس اشعه ایکش که توسط شتابدهنده‌ی اشعه ایکس ایجاد شده به بررسی هر یک از این نانوذرات پرداختند.

الگو‌های جذب پرتو توسط مواد به محققان اطلاعاتی درباره‌ی حالت اکسیداسیون نانوذرات می‌دهد. این تابش می‌تواند از میان نانوذرات با قدرت تفکیک ۱۱ نانومتر حرکت کند. با چرخش ماده می‌توان تصویر سه بعدی از حالت اکسیداسیون نانوذرات تهیه نمود. در واقع با این روش محققان می‌توانند بگویند که هر یک از نانوذرات فسفات آهن لیتیم چگونه واکنش داده‌اند.