راهکار دانشمندان برای افزایش کارایی باتری‌های فلزی لیتیومی

مجله خبری بیکینگ – باتری‌های فلزی لیتیومی نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی در یک فضای معین شارژ بسیار بیشتری ذخیره می‌کنند. رقابت برای تولید و توسعه آن‌ها جهت استفاده در نسل بعدی وسایل نقلیه الکتریکی، دستگاه‌های دیجیتالی و سایر صنایع به شدت افزایش داشته است.

به گزارش stanford.edu، مایع بین الکترود‌های باتری الکترولیت نام دارد و سطح آند فلزی لیتیوم را خورده و آن را در لایه نازکی از مخزن به نام فاز جامد-الکترولیت یا SEI می‌پوشاند. محققان امیدوارند با کنترل رشد این لایه عملکرد باتری را به حداکثر برسانند. محققان آزمایشگاه ملی شتابدهنده SLAC وزارت انرژی و دانشگاه استنفورد اولین تصاویر با وضوح بالا از این لایه را در حالت خمیده و طبیعی آن ساختند. این تصاویر با میکروسکوپ الکترونی برودتی یا cryo-EM ثبت شد.

به گفته محققان الکترولیت مناسب، عملکرد باتری را بهبود می‌بخشد. تغییر شکل لایه SEI، کارایی باتری‌ها را دچار مشکل می‌کند. میکروسکوپ الکترونی Cryo-EM از الکترون‌ها به جای نور برای مشاهده مواد بسیار کوچک استفاده می‌کند. دانشمندان با منجمد کردن نمونه‌هایشان عملکرد سلول‌ها را بررسی می‌کنند. این تیم اولین تصاویر در مقیاس اتمی لایه‌های SEI روی الکترود باتری را در سال ۲۰۱۷ منتشر کردند. این پژوهشگران برای به تصویر کشیدن SEI در محیط نمناک راهی برای ساختن و منجمد کردن لایه‌های بسیار نازک از مایع الکترولیت حاوی سیم‌های فلزی لیتیومی ریز و تشکیل دهنده سطحی برای خوردگی و ایجاد SEI ابداع کردند.

نحوه ثبت تصاویر SEI‌ها 

لایه‌های نازکی از الکترولیت به درون حفره‌های شبکه فلزی مورد استفاده برای نگهداری نمونه‌های cryo-EM چسبیدند. در ادامه با استفاده از کاغذ لکه، تصاویر واضحی تولید شد. در این محیط مرطوب، SEI‌ها الکترولیت را جذب کرده و تا حدود دو برابر ضخامت قبلی خود متورم شدند. دانشمندان سپس با تکرار آزمایش متوجه شدند که با بیشتر شدن تورم، عملکرد باتری به بدترین حالت خود می‌رسد. این تیم از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) برای بررسی سطوح لایه‌های SEI استفاده کرد؛ این لایه‌ها در حالت مرطوب و متورم‌شان بیشتر از حالت خشک وجود دارند.

بیشتر بخوانید

• طولانی‌ترین باتری منعطف جهان تولید شد

انتهای پیام/