هرکسی که از ادوات الکترونیکی استفاده می‌کند می‌داند که باتری‌های یون لیتیم دارای دوام بیشتر و عملکرد خوبی هستند. اخیرا یک گروه تحقیقاتی به بررسی مواد مورد استفاده در این باتری پرداخته است این گروه به‌دنبال این سوال بوده که چگونه نیکل مانند سدی در برابر حرکت یون‌های لیتیم بوده و نرخ شارژ و دشارژ شدن این باتری‌ها را کاهش می‌دهد. نتایج این تحقیق در نشریه Nano Letter به چاپ رسیده و راهکارهایی برای بهبود عملکرد این باتری‌ها ارائه شده است.
بررسی نقش نیکل در کاهش عملکرد باتری‌های لیتیمی
پژوهشگران آزمایشگاه ملی نورث وسترن موفق به ایجاد یک تصویر سه بعدی با قدرت تفکیک بالا از مواد مورد استفاده در الکترودها شدند، این مواد از جنس اکسید منگنز نیکل لیتیم است. این نقشه نشان می‌دهد که ذرات نیکل در برخی نواحی به‌صورت متجمع در می‌آیند. این تصاویر نشان می‌دهد که ذرات نیکل کانال‌هایی که یون‌های لیتیم از میان آن حرکت می‌کند را مسدود می‌کند. این کانال‌ها در هنگام شارژ یا دشارژ شدن باتری، به‌صورت مسیرهای حرکتی یون لیتیم عمل می‌کند. پژوهشگران این پروژه می‌گویند ما از دیدن این که ذرات نیکل به‌هم چسبیدند متعجب شدیم به‌خصوص که یون‌های لیتیم با رسیدن به این ذرات، سرعت حرکت‌شان کند می‌شود. بنابراین محققان درصدد یافتن راهکارهایی برای ممانعت از بروز این مشکل برآمدند.
یون‌های لیتیم دارای بار مثبت هستند هنگامی که باتری شارژ شده یا مورد استفاده قرار می‌گیرد، این یونها بین دو الکترود منفی و مثبت به حرکت در می‌آیند. در الکترودهای اکسید منگنز لیتیم، منگنز و اکسیژن تشکیل ردیف‌هایی می‌دهند که یون‌های لیتیم می‌تواند از میان آنها عبور کند. جهت حرکت این یونها بستگی به این دارد که باتری در حال شارژ است یا از آن استفاده می‌شود.
از دیر باز محققان دریافته بودند که افزودن مقداری نیکل می‌تواند ولتاژ و ظرفیت باتری را بهبود دهد اما پس از مدتی که از استفاده باتری می‌گذرد ظرفیت آن دچار کاهش می‌شود. محققان این پروژه از روشی موسوم به نقشه سه بعدی ترکیب شیمیایی برای بررسی این موضوع استفاده کردند. در این روش محققان از نانوذرات مورد استفاده در این الکترودها تصاویر متعددی گرفتند. این تصاویر در زوایای مختلف گرفته شد.
نتایج نشان داد که ذرات نیکل موجب مسدود شدن مسیرها حرکت یون لیتیم می‌شوند. محققان معتقدند که اگر نانوذرات در حین فرآیند تولید زمان بیشتری در معرض دمای بالا باشند، احتمال متجمع شدن آنها در باتری بیشتر شده و کیفیت عملکرد باتری را کاهش می‌دهد.
