افزایش پایداری فشاری در اثر نفوذ کاتیونی در الکترودها

نتایج کار یک تیم تحقیقاتی نشان می‌دهد که نفوذ کاتیون به‌درون الکترودهای متخلخل از جنس اکسید تیتانیوم می‌تواند پایداری آنها را در برابر فشار افزایش دهد.

نتایج کار یک تیم تحقیقاتی نشان می‌دهد که نفوذ کاتیون
به‌درون الکترودهای متخلخل از جنس اکسید تیتانیوم می‌تواند پایداری آنها را
در برابر فشار افزایش دهد.

پژوهشگران مرکز نانومواد و مدلینگ تئوری با
همکاری همتایان خود در دانشگاه شیکاگو دست به آزمایشات و مدل‌سازی‌هایی
زدند که نشان می‌دهد آندهای TiO2 که غنی از فضاهای خالی هستند پایداری‌شان
به ترکیب یون و لیتیم موجود در آنها بستگی دارد. در این پژوهش محققان این
آندها را در معرض فشارهای چند گیگاپاسکال قرار دادند. نتایج این پژوهش نشان
داد که نفوذ کاتیون‌ها می‌تواند پایداری سیستم را در حین فشار افزایش دهد.
از نتایج این پژوهش می‌توان در تقویت الکترود باتری‌ها و بهینه سازی‌ آنها
استفاده کرد به‌طوری که مواد مکعبی حاوی فضاهای خالی بهتر می‌تواند
فشار وارد شده را تحمل کند. این امر در نهایت منجر به افزایش پایداری
باتری‌های یون لیتیم و طول عمر بیشتر آنها می‌شود.

filereader.php?p1=main_0b6ddaae7ab3b5d11

الکترودهای
باتری‌های در طول فرآیند نفوذ کاتیونی دچار تغییرات ساختاری می‌شوند.
پیش‌بینی‌های نظری درباره الکترودهای اکسید تیتانیوم می‌گوید افزایش
پایداری الکترودها در اثر نفوذ کاتیونی به‌دلیل سازماندهی و چیدمان
سایت‌های موجود در الکترود در اثر فشار است. مکانیسم این فرآیند به
“مکانیسم پر شدن فضاهای خالی” موسوم است که در آن فشار موجب می‌شود تا
یون‌های لیتیم موجود در اثر فشار وارد فضاهای خالی در منطقه اکسیدی می‌شود.

این تیم تحقیقاتی تجربیاتی در بخش طراحی مواد نانوساختاری جهت استفاده در
حوزه انرژی دارد برای این کار آنها از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی
استفاده کردند. همچنین برای تعیین مشخصات از ادوات موجود در مرکز Advanced
Photon Source استفاده کردند. این تیم تحقیقاتی از شبه‌مواد برای تولید
باتری‌های خود آرا با قابلیت بهبود خود‌به‌خودی استفاده کرده و توانستند
محصولی ارائه کنند که دارای قدرت شارژ و دشارژ شوندگی بسیار بالا است. از
آنجایی که تخلخل الکترود مورد استفاده بسیار بالا است در نتیجه ظرفیت آن به
مقدار پیش‌بینی شده در تئوری نزدیک است. از آنجایی که طول نفوذ یون‌های
لیتیم، سدیم و منیزیم بسیار کوتاه است در نتیجه زمان شارژ شدن آن بسیار
کوتاه و فرآیند شارژ به سرعت انجام می‌شود.با افزایش غلظت لیتیم، فشار
انتقال فاز بلور به آمورف به شدت افزایش می‌یابد به طوری که از ۱۷٫۵
گیگاپاسکال در حالت بدون فاز به ۶۰ گیگاپاسکال در حالت کعبی کامل می‌رسد.
نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Compositional Tuning of
Structural Stability of Lithiated Cubic Titania via Vacancy Filling
Mechanism under High Pressure  در نشریه Phys. Rev. Lett به چاپ رسیده
است.