میکروسکوپ جدیدی برای طراحی باتری‌های با کارایی بالا توسعه یافته است. میکروسکوپ تداخل بازتاب اپراندو اطلاعات جالب توجهی در زمان واقعی از دینامیک الکترولیت بین فاز ارائه می‌دهد.
میکروسکوپ تداخل بازتاب اپراندو برای مطالعه باتری‌ها ساخته شد
باتری‌های لیتیوم یون زندگی روزمره را دگرگون کرده اند. تقریباً هر کسی تلفن هوشمند دارد، وسایل نقلیه برقی بیشتری را می‌توان در جاده‌ها مشاهده کرد که با باتری کار می‌کنند. از آنجا که دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل و وسایل نقلیه برقی به سرعت در حال گسترش هستند، تقاضا برای باتری‌هایی با چگالی انرژی بالاتر که ایمن و مقرون به صرفه هستند، همچنان در حال رشد است.
به تازگی یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه هیوستون، با همکاری محققان آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام و آزمایشگاه تحقیقات ارتش آمریکا، میکروسکوپ تداخل بازتاب اپراندو (RIM) را ایجاد کرده است که درک بهتری از نحوه کار باتری ها ارائه می‌دهد، که پیامدهای قابل توجهی برای نسل بعدی باتری‌ها دارد.
شیانان شان، استادیار مهندسی برق و کامپیوتر در کالج مهندسی کالن هیوستون می‌گوید: «ما برای اولین‌بار به تجسم در زمان واقعی دینامیک الکترولیت بین فاز (SEI) دست یافته‌ایم. این یافته‌ها درک کلیدی در مورد طراحی منطقی بین فازی فراهم می‌کند، جزئی از باتری که کمترین درک و چالش برانگیزترین مانع برای توسعه الکترولیت‌ها برای باتری‌های آینده است.»
این میکروسکوپ بسیار حساس به محققان اجازه می‌دهد تا لایه SEI را مطالعه کنند، که یک لایه بسیار نازک و شکننده در سطح الکترود باتری است که عملکرد باتری را تعیین می‌کند. ترکیب شیمیایی و مورفولوژی آن به طور مداوم در حال تغییر است که آن را به یک چالش برای مطالعه تبدیل می‌کند.
این تیم تحقیقاتی از اصل میکروسکوپ بازتاب تداخلی در این پروژه استفاده کرد، جایی که پرتو نور، با محوریت ۶۰۰ نانومتر با عرض طیف حدود ۱۰ نانومتر، به سمت الکترودها و لایه‌های SEI هدایت شده و منعکس شده است. شدت نور جمع‌آوری شده حاوی سیگنال‌های تداخلی بین لایه‌های مختلف، ارائه اطلاعات مهم در مورد فرآیند تکامل SEI را تسهیل کرده و به محققان اجازه می‌دهد تا کل فرآیند واکنش را بررسی کنند.
گوانگکسیا فنگ، دانشجوی فارغ‌التحصیل هیوستون، که بخش اعظم کار آزمایشی را روی این پروژه انجام داده، گفت: «این میکروسکوپ نسبت به تغییرات سطح بسیار حساس است، که ما را قادر می‌سازد تا با وضوح مکانی و زمانی بالا کار کنیم.»
محققان خاطرنشان کردند که بیشتر محققان باتری در حال حاضر از میکروسکوپ‌های الکترونی کریو استفاده می‌کنند، که فقط در یک زمان خاص تصویر می‌گیرند و نمی‌توانند به طور مداوم تغییرات را در همان مکان ردیابی کنند.
