محققان موفق به ارتقای فناوری خودروهای برقی شدند، ايسنا

محققان به منظور توليد خودروهای برقی با استفاده از تصويربرداری سه‌ بعدی نانومقياس موفق به توليد باتری‌های بهتر شدند.

به گزارش سرويس فناوری ايسنا، نگرانی از اتمام نفت و اثر گاز گلخانه‌ای روی تغييرات جوی موجب شده است که تلاش‌های زيادی روی توليد خودروهای برقی صورت گيرد. بزرگ‌ترين مانعی که در زمينه تجاری‌سازی اين خودروها وجود دارد، پيشرفته نبودن فناوری مربوط به باتری‌ها است. با وجودی که به ‌نظر می‌رسد باتری‌های يون ليتيومی اولين گزينه مورد استفاده در خودروهايی باشند که در آينده وارد بازار خواهند شد، اما در زمينه چگالی انرژی، هزينه، چرخه عمر و ايمنی آنها هنوز بايد پيشرفت‌هايی صورت گيرد.

مشاهده حرکت لبه‌های انتقال فاز شيميايی و همچنين تغييرات ايجاد شده در ساختار حفره‌های الکترود که امکان تر شدن موثر ذرات توسط الکتروليت و انتقال يون‌های ليتيوم را فراهم می‌آورد، می‌تواند راهبردهای جديد برای توليد باتری‌های با چگالی انرژی بالا را هدايت کند.

بررسی تغييرات ايجاد شده در الکترودها در زمان عملکرد باتری‌ها (يعنی ورود و خروج يون‌های ليتيوم) نياز به تصويربرداری از تغييرات مورفولوژيکی و همچنين شيميايی دارد. ميکروسکوپی XANES اين قابليت را دارد که بُعد جديدی را به بررسی الکترودهای باتری يون ليتيومی افزوده و امکان تصويربرداری سه ‌بعدی شيميايی و ساختاری نانومقياس را فراهم کند.

حال گروهی از محققان منبع تابش نوری سينکروترونی استنفورد (SSRL) دانشگاه «استنفورد» از ترکيب ميکروسکوپی جذب اشعه ايکس در نزديکی ساختار لبه (XANES) با ميکروسکوپی عبوری اشعه ايکس ميدان کامل (TXM) برای به‌ دست آوردن نانوتوموگرافی موادی که در الکترودهای باتری يون ليتيومی به‌ کار می‌روند و همچنين از خود الکترودها، بهره برده‌اند. ميکروسکوپ عبوری اشعه ايکس ميدان کامل (TXM) در SSRL می‌تواند در محدوده ۴ تا ۱۴ الکترون ولت تصويربرداری کند که برای بسياری از فلزاتی که در الکترودهای باتری‌ها به ‌کار می‌روند، مناسب است.

اين ميکروسکوپ با ميدان ديد ۳۰ ميکرومتر که با استفاده از تصويربرداری موزائيکی تا محدوده ميلی‌متر قابل افزايش است، می‌تواند برای ايجاد طيف‌های XANES تک‌ پيکسلی (۱۵ تا ۳۰ نانومتر) مورد استفاده قرار گيرد که منجر به توليد حدود يک ميليون طيف XANES برای هر بسته انرژی می‌شود. با استفاده از اين طيف‌ها می‌توان يک نقشه فاز شيميايی با تفکيک‌ پذيری ۳۰ نانومتر به‌ دست آورد. چون در اين روش تفکيک‌ پذيری بالا با ميدان ديد نسبتاً بزرگ و نفوذ عميق اشعه ايکس سخت ترکيب می‌شود، می‌تواند اطلاعات شيميايی دوبعدی و سه‌ بعدی مرتبط با ساختارهای سلسله ‌مراتبی را در مساحت نسبتاً بزرگ فراهم کند. چنين ساختارهايی در مواد مورد استفاده در کاربردهای مربوط به عرصه انرژی همچون باتری‌ها، پيل‌های سوختی و سامانه‌های کاتاليزوری يافت می‌شوند.

جزئيات اين کار در مجلات «Journal of Synchrotron Radiation» و «Applied physics letters»منتشر شده است.