دانشمندان راه حلی را کشف کردند که بازی باتری‌های ایمن‌تر و کارآمدتر را تغییر می‌دهد

از وسایل نقلیه الکتریکی گرفته تا هدفون‌های بی‌سیم، باتری‌های لیتیوم یون سنتی با قابلیت‌های شارژ سریع و ذخیره انرژی بالا، زندگی روزمره ما را تامین می‌کنند. با این حال، آنها به یک الکترولیت مایع متکی هستند که در صورت آسیب یا گرم شدن بیش از حد می‌تواند آتش بگیرد. محققان دانشگاه میسوری ممکن است راه حلی داشته باشند. دستیار پروفسور ماتیاس یانگ و تیمش در حال بررسی استفاده از الکترولیت‌های جامد به جای مایعات یا ژل‌ها برای ساخت باتری‌های حالت جامد هستند که هم ایمن‌تر و هم از نظر انرژی کارآمدتر هستند.
چالش لایه اینترفاز

یانگ که قرار‌های مشترک در کالج مهندسی و کالج هنر و علم Mizzou دارد، می‌گوید: «وقتی الکترولیت جامد کاتد را لمس می‌کند، واکنش نشان می‌دهد و یک لایه بین فازی به ضخامت حدود ۱۰۰ نانومتر – ۱۰۰۰ برابر کوچک‌تر از عرض یک تار موی انسان تشکیل می‌دهد. این لایه مانع از حرکت آسان یون‌های لیتیوم و الکترون‌ها می‌شود که باعث افزایش مقاومت و آسیب رساندن به عملکرد باتری می‌شود.»
درک این مسئله با باتری‌های حالت جامد – و نحوه غلبه بر آن – دانشمندان را برای بیش از یک دهه آزار داده است.

تیم یانگ با درک بهتر علت اصلی مشکل را حل کرد.

محققان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی چهاربعدی (۴D STEM)، ساختار اتمی باتری را بدون جدا کردن آن بررسی کردند – یک پیشرفت انقلابی برای این میدان. این فرآیند جدید به آنها اجازه داد تا درک اساسی از واکنش‌های شیمیایی که در داخل باتری‌ها اتفاق می‌افتد به دست آورند و در نهایت مشخص شود که لایه بین فازی مقصر است.

یک راه حل بالقوه

آزمایشگاه یانگ متخصص در لایه‌های نازک است که توسط فرآیند رسوب در فاز بخار به نام رسوب لایه مولکولی اکسیداتیو (oMLD) تشکیل می‌شود. اکنون، او قصد دارد آزمایش کند که آیا مواد لایه نازک آزمایشگاهش می‌توانند پوشش‌های محافظی ایجاد کنند تا از واکنش الکترولیت جامد و مواد کاتدی با یکدیگر جلوگیری کنند.

او گفت: پوشش‌ها باید به اندازه کافی نازک باشند تا از واکنش‌ها جلوگیری کنند، اما نه آنقدر ضخیم که جریان لیتیوم-یون را مسدود کنند. ” هدف ما حفظ ویژگی‌های کارایی بالا الکترولیت جامد و مواد کاتدی است. هدف ما استفاده از این مواد با هم بدون قربانی کردن عملکرد آنها به خاطر سازگاری است.
این رویکرد به دقت مهندسی شده در سطح نانو کمک می‌کند تا اطمینان حاصل شود که این مواد به طور یکپارچه با هم کار می‌کنند – باتری‌های حالت جامد را یک قدم به واقعیت نزدیک‌تر می‌کند.