محققان موفق به ساخت دستگاه الکتروشیمیایی نانوسیم منفرد شده‌اند که علاوه بر امکان ذخیره‌سازی انرژی درون آن، می‌توان با آن به بررسی فرایندهای درون باتری‌ها پرداخت. محققان با بررسی محدودیت‌ها و مشکلات باتری‌ها در این دستگاه به نتایجی دست یافته‌اند که می‌تواند در طراحی و بهبود عملکرد باتری‌ها مؤثر باشد.
استفاده از نانوسیم تک‌رشته‌ای برای عیب‌یابی باتری‌ها
محققان موفق به ساخت دستگاه الکتروشیمیایی
نانوسیم منفرد شده‌اند که علاوه بر امکان ذخیره‌سازی انرژی درون آن، می‌توان
با آن به بررسی فرایندهای درون باتری‌ها پرداخت. محققان با بررسی محدودیت‌ها
و مشکلات باتری‌ها در این دستگاه به نتایجی دست یافته‌اند که می‌تواند در
طراحی و بهبود عملکرد باتری‌ها مؤثر باشد.
باتری‌ها معمولاً از الکترودها و مواد حمایت‌کننده‌ای نظیر افزودنی‌های
رسانا و چسبنده‌های پلیمری تشکیل می‌شوند. یک گروه تحقیقاتی دستگاه
الکتروشیمیایی نانوسیم منفردی ساخته‌اند که می‌تواند انرژی را در خود ذخیره
کند. نتایج کار آنها می‌تواند مشکل زوال باتری‌های یون لیتیم را حل کند.
آنها از نانوسیم اکسید وانادیوم به‌عنوان
کاتد و از رشته‌ی نانوسیم سیلیکونی به‌عنوان آند استفاده کردند. لیکوانگ
مای، از محققان این پروژه می‌گوید:« نتایج کار ما نشان داد که اگر فرایند
شارژ/دشارژ در نانوسیم اکسید وانادیوم به‌صورت سطحی اتفاق بیفتد، هدایت
الکترود به‌صورت برگشت‌پذیری کاهش می‌یابد؛ اما اگر شارژ/دشارژ در نانوسیم
اکسید وانادیوم و سیلیکون بصورت عمیق اتفاق بیفتد، کاهش هدایت به‌صورت
برگشت‌ناپذیر خواهد بود که هر دوی این فرایندها نوعی محدودیت در چرخه‌ی عمر
دستگاه محسوب می‌شود.»
این دستگاه الکتروشیمیایی نانوسیم تک‌رشته‌ای، اولین بار به‌وسیله‌ی محققان
دانشگاه ووهان با همکاری دانشگاه هاروارد ساخته شد. همینک این دستگاه به‌عنوان
ابزاری مناسب در بررسی ساز و کار‌های ذاتی کاهش ظرفیت الکترودها استفاده می‌شود.
کاهش ظرفیت الکترودها یکی از چالش‌های بزرگ در ادوات ذخیره‌سازی انرژی
مبتنی بر یون لیتیم است.
دانگ می‌گوید:«نتایج مطالعه‌ی ما برای درک بهتر، دلیل کاهش ظرفیت باتری‌های
یون لیتیم مناسب است، همچنین از این نتایج می‌توان در طراحی، رفع مشکلات و
بهینه کردن عملکرد ادوات ذخیره‌سازی انرژی مبتنی بر یون لیتیم استفاده کرد.»
با جلوگیری از کاهش هدایت در الکترود باتری‌ها، می‌توان عملکرد آنها را
بهبود بخشید. کاتد مورد استفاده در این تحقیق، یک رشته نانوسیم به طول ۱۰
تا ۴۵ میکرومتر و قطر ۲۰ تا ۱۰۰ نانومتر می‌باشد و برای آند نیز از یک توده‌ی
گرافیت پیرولیتیک بسیار منظم استفاده شده‌است.
دونگ معتقد است که در حین شارژ و دشارژ، یون‌های لیتیم به دورن کاتد رفته،
از آن خارج می‌شوند و در طول این فرایند موجب اکسید شدن و احیای کاتد می‌گردند.
پیش از این، دانشمندان تنها با استفاده از XRD و NMR، موفق به بررسی در جا
و غیر مستقیم تغییر ساختار در باتری‌ها شده بودند؛ اما در این پروژه امکان
بررسی باتری به‌صورت درجا و بدون نیاز به مزاحمت برای اجزای باتری فراهم
شده‌است.
این گروه نتایج کار خود را در قالب مقاله‌ای تحت عنوان “Improved cycling
stability of nanostructured electrode materials enabled by prelithiation”
به چاپ رساندند.
