به گزارش سرویس تازه های دنیای فناوری مجله تک تایمز ،
در پژوهشی جامع، فرایند ازکارافتادن باتری با جزئیات بی‌سابقه‌ای مطالعه شده که می‌تواند راهگشای طراحی باتری‌های بهتر باشد.
به‌تازگی، گروهی بین‌المللی از پژوهشگران مقاله‌ای در مجله‌ی Advanced Energy Materials منتشر کرده‌اند که جامع‌ترین مطالعه‌ی انجام‌شده درزمینه‌ی فرایند خراب‌شدن باتری محسوب می‌شود که در آن، به‌صورت هم‌زمان روی بخش‌های مختلف باتری تمرکز شده است. مرکز سینکروترون اروپا (ESRF) در موفقیت این مطالعه نقش درخورتوجهی داشته است.
همه‌ی ما این اتفاق را تجربه کرده‌ایم وقتی تلفن‌همراه خود را شارژ می‌کنید، مدت کوتاهی پس از مصرف، باتری با سرعت غیرعادی خالی می‌شود. سرعت به‌پایان‌رسیدن شارژ در باتری‌های مختلف یکسان نیست و این امر ناشی از نبود تجانس در باتری‌های مختلف است. هنگامی‌که تلفن‌همراه در‌حال‌شارژ است، نخست لایه‌ی بالایی و سپس لایه‌ی پایینی آن شارژ می‌شود. وقتی شارژ لایه‌ی بالایی تکمیل می‌شود، تلفن‌همراه ممکن است نشان دهد باتری کاملا شارژ شده؛ اما امکان دارد لایه‌ی پایینی بدون شارژ باقی مانده باشد. اگر از لایه‌ی پایینی به‌عنوان شاخص پربودن باتری استفاده شود، لایه‌ی بالایی بیش‌از‌حد شارژ می‌شود و ممکن است موجب بروز مشکلات ایمنی شود.
حقیقت این است که باتری‌ها از بخش‌های مختلفی تشکیل شده‌اند که هرکدام رفتار متفاوتی دارند. پلیمر جامد به حفظ ذرات درکنارهم کمک می‌کند و افزودنی‌های کربنی ارتباط الکتریکی را ایجاد و ذرات فعال باتری نیز انرژی را ذخیره و آزاد می‌کنند.
گروهی بین‌المللی از دانشمندان ESRF ،SLAC، دانشگاه ایالتی و مؤسسه‌ی پلی‌تکنیک ویرجینیا (ویرجینیا تِک) و دانشگاه پردو می‌خواستند آنچه موجب خرابی باتری‌های لیتیوم‌یون می‌شود، شناسایی و دقیق مشخص کنند. تا قبل از این مطالعه، بیشتر مطالعات با تمرکز روی بخش‌های جداگانه یا ذرات کاتد در جریان خرابی باتری‌ها انجام شده یا اینکه بدون ارائه‌ی جزئیات میکروسکوپی، رفتار ذرات را در سطح سلول بررسی قرار داده بودند. این مطالعه نخستین مطالعه‌ای است که جزئیات ساختاری میکروسکوپی بی‌شماری مهیا و به کامل‌شدن مقالات پیشین مرتبط با باتری کمک می‌کند.
اگر یک الکترود بی‌عیب داشته باشید، تک‌تک ذرات باید رفتار یکسانی داشته باشند؛ اما الکترودها بسیار ناهمگن و حاوی میلیون‌ها ذره هستند. برای اطمینان از اینکه تمام ذرات در هر زمان رفتار یکسانی دارند، راهی وجود ندارد. پژوهشگران برای غلبه بر این مشکل به‌شدت روی روش‌های اشعه‌ی ایکس سنکروترون تکیه کردند و از دو مجموعه‌ی تجهیزات سنکروترون برای مطالعه‌ی الکترودهای موجود در باتری‌ها استفاده کردند. یکی از این‌ها ESRF بود که در فرانسه مستقر است و دیگری آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده‌ی اسلک در استنفورد. فنگ لین، یکی از نویسندگان مقاله می‌گوید:
ESRF این امکان را مهیا کرد که مقادیر بیشتری از ذرات باتری را با وضوح بیشتری مطالعه کنیم. نانوتوموگرافی کنتراست فازی اشعه‌ی ایکس سخت هر ذره را با وضوح فراوانی در طول کل ضخامت الکترود نشان داد. این امر موجب شد بتوانیم سطح آسیب وارده به هر کدام از ذرات را پس از استفاده از باتری ردیابی کنیم.
یانگ یانگ، نویسنده‌ی نخست مقاله می‌گوید:
حدودی نیمی از داده‌های مقاله از ESRF می‌آیند.
ییجن لیو، یکی از دانشمندان SLAC معتقد است:
قبل از این آزمایش‌ها، نمی‌دانستیم می‌توان حجم زیادی از ذرات را به‌طورهم‌زمان بررسی کرد. در‌این‌باره در پژوهش‌های گذشته، روی تصویربرداری از فعالیت انفرادی ذرات تمرکز شده است. برای ساخت باتری بهتر نیاز دارید مشارکت هرکدام از ذرات را به‌حداکثر برسانید.
آزمایشگاه ویرجینیا تِک ساخت مواد و باتری‌ها را برعهده داشت و رفتارهای مرتبط با شارژ و تخریب در ESRF و SLAC بررسی شد و کِجی ژائو، استاد دانشگاه پردو، مسئول مدل‌سازی محاسباتی این پروژه را بود. یانگ نتیجه می‌گیرد:
این یافته‌ها می‌توانند طراحی الکترودها را برای ساخت باتری‌هایی با قابلیت شارژ سریع بهبود ببخشد.
بمنظور اطلاع از دیگر خبرها به صفحه اخبار فناوری مراجعه کنید.
