گروهی از محققان آمریکایی از ترکیب میکروسکوپی جذب اشعه ایکس در نزدیکی ساختار لبه (XANES) با میکروسکوپی عبوری اشعه ایکس میدان کامل (TXM) برای به دست آوردن نانوتوموگرافی موادی که در الکترودهای باتری یون لیتیومی به کار می‌روند، بهره برده‌اند.
تولید باتری‌های بهتر از طریق تصویربرداری سه بعدی نانومقیاس
نگرانی از اتمام نفت و اثر گاز گلخانه‌ای روی تغییرات جوی موجب شده است که
تلاش‌های زیادی روی تولید خودروهای برقی صورت بگیرد. بزرگ‌ترین مانعی که در
زمینه تجاری‌سازی این خودروها وجود دارد، پشرفته نبودن فناوری مربوط به
باتری‌ها است. با وجودی که به‌نظر می‌رسد باتری‌های یون لیتیومی اولین
گزینه مورد استفاده در خودروهایی باشند که در آینده وارد بازار خواهند شد،
اما در زمینه چگالی انرژی، هزینه، چرخه عمر و ایمنی آنها هنوز باید پیشرفت‌هایی
صورت گیرد.
مشاهده حرکت لبه‌های انتقال فاز شیمیایی و همچنین تغییرات ایجاد شده در
ساختار حفره‌های الکترود که امکان ترشدن موثر ذرات توسط الکترولیت و انتقال
یون‌های لیتیوم را فراهم می‌آورد، می‌تواند راهبردهای جدید برای تولید
باتری‌های با چگالی انرژی بالا را هدایت نماید.
بررسی تغییرات ایجاد شده در الکترودها در زمان عملکرد باتری‌ها (یعنی ورود
وخروج یون‌های لیتیوم) نیاز به تصویربرداری از تغییرات مورفولوژیکی و
همچنین شیمیایی دارد. میکروسکوپی XANES این قابلیت را دارد که بُعد جدیدی
را به بررسی الکترودهای باتری یون لیتیومی افزوده و امکان تصویربرداری سه‌بعدی
شیمیایی و ساختاری نانومقیاس را فراهم نماید.
حال گروهی از محققان منبع تابش نوری سینکروترونی استنفورد (SSRL) دانشگاه
استنفورد از ترکیب میکروسکوپی جذب اشعه ایکس در نزدیکی ساختار لبه (XANES)
با میکروسکوپی عبوری اشعه ایکس میدان کامل (TXM) برای به‌دست آوردن
نانوتوموگرافی موادی که در الکترودهای باتری یون لیتیومی به‌کار می‌روند، و
همچنین از خود الکترودها بهره برده‌اند. میکروسکوپ عبوری اشعه ایکس میدان
کامل (TXM) در SSRL می‌تواند در محدوده ۴ تا ۱۴ الکترون ولت تصویربرداری
نماید که برای بسیاری از فلزاتی که در الکترودهای باتری‌ها به‌کار می‌روند،
مناسب است.
این میکروسکوپ با میدان دید ۳۰ میکرومتر که با استفاده از تصویربرداری موزائیکی تا
محدوده میلی‌متر قابل افزایش است، می‌تواند برای ایجاد طیف‌های XANES تک‌پیکسلی (۱۵
تا ۳۰ نانومتر) مورد استفاده قرار گیرد که منجر به تولید حدود یک میلیون طیف XANES
برای هر بسته انرژی می‌شود. با استفاده از این طیف‌ها می‌توان یک نقشه فاز شیمیایی
با تفکیک‌پذیری ۳۰ نانومتر به‌دست آورد. چون در این روش تفکیک‌پذیری بالا با میدان
دید نسبتاً بزرگ و نفوذ عمیق اشعه ایکس سخت ترکیب می‌شود، می‌تواند اطلاعات شیمیایی
دوبعدی و سه‌بعدی مرتبط با ساختارهای سلسله‌مراتبی را در مساحت نسبتاً بزرگ فراهم
نماید. چنین ساختارهایی در مواد مورد استفاده در کاربردهای مربوط به عرصه انرژی
همچون باتری‌ها، پیل‌های سوختی و سامانه های کاتالیزوری یافت می‌شوند.
جزئیات این کار در مجلات Journal of Synchrotron Radiation و Applied physics
letters منتشر شده است.
