شبیهسازی و آنالیز سهبعدی سطوح برای باتریهای حالت جامد
با اختراع پیوسته تجهیزات الکترونیکی از گوشه و کنار جهان، نیاز به یافتن باتریهای مقاوم اهمیت بیشتری پیدا میکند. امروزه بیشتر دستگاهها با باتریهای لیتیوم-یون کار میکنند. اگرچه این باتریها به طور کلی ایمن هستند اما گاهی به عنوان باتریهایی که آتش میگیرند یا منفجر میشوند، از آنها یاد شده است. دانشمندان باتری لیتیومی تمام-حالت-جامد (ASSLIB) را به عنوان جایگزین ایمنتری برای باتریهای لیتیوم یون درنظر میگیرند.
باتری لیتیومی تمام-حالت-جامد (ASSLIB)
جایگزینی که در جامعه تحقیقاتی به سرعت و به طور برجستهای در حال رشد است، باتری لیتیومی تمام-حالت-جامد (ASSLIB) میباشد. برخلاف باتریهای لیتیوم یون که الکترود؛ جامد و الکترولیت؛ مایع است، در باتریهای حالت جامد، هر دو الکترود و الکترولیت، جامد و به شدت ایمن هستند. با این حال، این خاصیت ایدهآل باعث ایجاد یک مشکل میشود.
در حین عملکرد باتری، حجم الکترولیت و الکترودها به ویژه در باتریهای با ذخیره انرژی بالا، تغییر میکند. این موضوع میتواند باعث جدا شدن سطوح و در نتیجه عملکرد ضعیف باتری شود.
آنالیز باتری لیتیومی تمام-حالت-جامد (ASSLIB) به روش تصویربرداری دیجیتال سهبعدی
اگر گسترش باتری لیتیومی تمام-حالت-جامد (ASSLIB) با عملکرد بالا همراه باشد، ساختارهای پیچیده در سطوح میانی این گونه از باتریها باید به طور جزئی و دقیق مورد بررسی قرار گیرند. به تازگی یک گروه تحقیقاتی کرهای به سرپرستی پروفسور لی از موسسهی تحقیقاتی DGIST به کمک روش تصویربرداری دیجیتال سهبعدی (3D digital twin technology) و آنالیز الکتروشیمیایی ساختار داخلی باتریهای حالت جامد را بررسی کردند. در نتیجه آن یک شبیه سازی از ریزساختارهای سطوح جامد-جامد به دست آمد و به عنوان یک نمونهی دقیق سهبعدی از الکترود LCO، ارائه گردید.
“بیشتر بخوانید: طراحی هوشمندانه برای باتریهای حالت جامد با نانولولههای کربنی “
روند و نتایج
آنها :
- برشهایی از منطقه ی مورد نظر را انتخاب کرده
- تصاویر به دست آمده را به ترتیب مرتب نمودند تا ساختار سهبعدی الکترود به صورت دیجیتالی بازسازی شود
- سپس تجزیه و تحلیل ساختاری را انجام دادند.
همانطور که انتظار میرفت، آنها دریافتند که سطح تماس ویژه در باتریهای حالت جامد بسیار کمتر از باتریهای لیتیوم یون است.
با استفاده از این روش، پروفسور لی و گروه تحقیقاتی، سطوح الکترود و الکترولیت بر پایه ی اکسید در باتری های حالت جامد را تصویربرداری کردند. الکترولیتهای بر پایه ی اکسید، یکی از امیدوارکنندهترین نوع الکترولیتها در باتریهای حالت جامد به شمار میروند.
استفاده از تصویربرداری به کمک روش FIB/SEM موجب خواهد شد تا آنالیز انواع الکترود در باتریهای لیتیوم یون به راحتی انجام شود. این روش به محققان در صرفهجویی وقت و هزینه کمک خواهد کرد تا به راحتی عیوب را در مراحل ساخت باتری بررسی کنند و در نهایت سرعت تجاری سازی باتریهای تمام-حالت-جامد را سرعت ببخشند.
منبع: sciencedirect.com
