یک تیم تحقیقاتی از آزمایشگاه ملی ساندیا به بررسی مکانیسم شارژ و دشارژ شدن در الکترودهایی از جنس فسفات آهن لیتیم در باتری های یون لیتیم پرداختند. نتایج یافته‌های آنها مسیر توسعه این باتری‌ها را هموار می‌کند.
بررسی مکانیسم شارژ/دشارژ در الکترودهای فسفات آهن لیتیم
پژوهشگران آزمایشگاه ملی ساندیا موفق به تایید مکانیسمی شدند که در آن یون‌های لیتیم یک به یک وارد الکترودی از جنس فسفات آهن لیتیم (LiFePO4, or LFP) می‌شوند و از آن خارج می‌شوند. نتایج این پژوهش می‌تواند منجر به بهبود عملکرد باتری‌های یون لیتیم شود. نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Intercalation Pathway in Many-Particle LiFePO4 Electrode Revealed by Nanoscale State-of-Charge Mapping در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.
فسفات آهن لیتیم از خانواده اولیوین است محققان معتقداند که این ماده می‌تواند در بهبود عملکرد باتری‌های یون لیتیم مناسب باشد. این ماده می‌تواند طول عمر باتری‌ها را افزایش داده و ایمنی بیشتری نسبت به باتری‌های اکسیدکبالت‌لیتیم داشته باشد. با تمام این تفاصیل، فسفات آهن لیتیم ماده پیچیده‌ای است به طوری که هنوز مکانیسم حرکت یون‌های لیتیم درون این ماده برای محققان مشخص نیست. از سوی دیگر استفاده از این ماده برای تولید باتری‌های بادوام با ظرفیت بالا بسیار ضروری است و بلاخره یک روز باتری‌های اکسیدکبالت فعلی جای خود را به باتری‌های حاوی فسفات آهن لیتیم می‌دهند.
محققان این پروژه با مشاهده سطح مقطع این الکترود، مکانیسم عملکرد آن را مورد بررسی قرار دادند. پیش از این برای بهبود کارایی این الکترودها روی آن را پوشش‌‌دهی می‌کردند، همچنین با کاهش ابعاد ذرات سرعت انتقال را در الکترودها افزایش می‌دادند. نتایج پژوهش‌های محققان نشان می‌دهد که فرآیند شارژ/دشارژ در این باتری‌ها دارای محدودیتی در قسمت انتقال فاز یا هسته‌زایی است که هیچ ارتباطی با اندازه ذرات ندارد. الکترودهای فسفات آهن لیتیم دارای ذرات یکنواختی است که یا غنی از لیتیم بوده یا دچار فقر لیتیم هستند. پژوهشگران آزمایشگاه ملی ساندیا نشان دادند وارد شدن یون‌های لیتیم به درون کاتد موجب چیدمان یک به یک ذرات در کاتد می‌شود.
القبالی از محققان این پروژه می‌گوید تئوری پیشین ما می‌گوید زمانی که همه ذرات در معرض لیتیم قرار می‌گیرند، همه انها با هم شروع به دشارژ شدن می‌کنند، آنچه ما دیدم این بود که مکانیسم این سیستم شبیه به پاپ‌کورن است یعنی ابتدا یک ذره به صورت کامل دشارژ می‌شود و بعد ذره بعدی دشارژ می‌شود. در واقع دو فاز در این فرآیند وجود دارد در یکی لیتیم وجود دارد و در دیگری لیتیمی وجود ندارد. بیشتر مطالعات قبلی روی فرآیند شارژ درون یک ذره متمرکز شده بود.
