گروهی از محققان از آزمایشگاه ملی آرگون و دانشگاه شیکاگو از یک راهبرد مبتنی بر روش پایین به بالا استفاده کرده و الکترودهای دی‌اکسید تیتانیومی (TiO2) ساخته‌اند که هنگامی که در باتری‌های یون لیتیوم استفاده شوند، واقعا می‌توانند عملکرد الکتروشیمیایی خود را بهبود دهند.
خودبهبودی در باتری‌های یون لیتیوم
گروهی از محققان از آزمایشگاه ملی آرگون و دانشگاه شیکاگو از یک راهبرد مبتنی بر روش پایین به بالا استفاده کرده و الکترودهای دی‌اکسید تیتانیومی (TiO2) ساخته‌اند که هنگامی که در باتری‌های یون لیتیوم استفاده شوند، واقعا می‌توانند عملکرد الکتروشیمیایی خود را بهبود دهند.
این محققان نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم را ساخته و آنها را در نوعی پیل‌های یون لیتیوم آرایش دادند، سپس عملکرد آنها را بررسی کردند. علاوه بر تولید این نانولوله‌ها، تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی پیمایشگر و شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی نیز انجام شدند. همه این تکنیک‌ها دیدگاهی در خصوص ورود و خروج یون‌ها (فرآیند درج/ تخلیه) به داخل این نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم ارائه می‌کنند.
این محققان، با استفاده از نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم نانومقیاس بی‌شکل بعنوان یک آند در نیم- پیل‌های لیتیوم یک ولتاژ کاهشی سازگار خطی در طول اولین تخلیه نشان دادند. این نشان‌دهنده یک انتقال فاز غیربرگشت‌پذیر در این ماده نانولوله‌ای است.
در سیکل‌های بعدی، یون‌های لیتیوم بصورت برگشت‌پذیری وارد این نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم شده و از آنها خارج می‌شوند. ظرفیت آنها نیز از ظرفیت‌های مشاهده‌شده در دیگر ساختارهای دی‌اکسید تیتانیوم از قبیل آناتاز، بالاتر است.
نانولوله‌های اکسید تیتانیوم بی‌شکل هنگام درج لیتیوم در یک باتری لیتیوم، ساختار اکسید تیتانیوم لیتیوم مکعبی با بزرگ‌ترین ظرفیت ایجاد می‌کند.
این گروه نتیجه‌گیری کرد که این بواسطه ساختار یا مکانیزم درج متفاوت بعنوان نتیجه‌ای از انتقال فاز است. این آند نانولوله دی‌اکسید تیتانیوم قابل انتقال فاز، در مقایسه با آناتاز، نفوذ یون لیتیوم به شدت بهبود یافته را بویژه در چرخه‌های بسیار سریع نشان داد. این آند نانولوله دی‌اکسید تیتانیوم در مقایسه با دیگر ساختارهای دی‌اکسید تیتانیوم، انرژی و توان بسیار بالاتری نشان می‌دهد. دیگر ساختارهای TiO2 در چرخه‌های شارژی تخلیه بسیار سریع کاهشی در ظرفیت از خود به نمایش می‌گذارند.
به نظر می‌رسد که درج و تخلیه یون‌های لیتیوم منجر به یک ساختار جدید می‌شود که حتی درج بهتر یون‌های لیتیوم را ممکن می‌سازد. به دلیل اینکه همه لایه‌های این ساختار جدید اتم‌های فلز را حتی در حالت باردار شده نگه می‌دارد، فاز مکعبی این ماده حفظ می‌شود.
شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی نفوذ یون لیتیوم در دیگر انواع ساختارهای TiO2 نشان می‌دهند که در شکل Li2Ti2O4 مکعبی بی‌شکل در مقایسه با دیگر شکل‌های TiO2 از قبیل آناتاز، موثرترین نفوذ و کمترین سد فعالیت (دویست و پنجاه و هفت الکترون‌ولت) اتفاق می‌افتد.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی J. Phys. Chem. C منتشر کرده‌اند.
