پژوهشگران دانشگاه میشیگان با استفاده از TEM موفق به بررسی تعامل یون لیتیم با الکترود قلع در باتری یون لیتیم شدند. نتایج این پژوهش می‌تواند برای طراحی باتری‌هایی با دوام بالا مفید باشد.
بررسی برهمکنش یون لیتیم با الکترود قلع در باتری یون لیتیم
باتری‌های یون لیتیم قلب تمام ادوات الکترونیکی از تلفن‌های همراه گرفته تا تبلت‌ها و خودروهای برقی است. دلیل این نقش پر رنگ آن است که باتری‌های یون لیتیم توانسته‌اند قابلیت‌های خود را به اثبات برسانند. این باتری‌ها سبک، پرقدرت و بادوام هستند، با این حال هنوز نقص‌هایی دارند.
رضا شهبازیان یاسر استادیار رشته مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی میشیگان می‌گوید: «شما ممکن است تلفن همراه خود را به مدت ۷ یا ۸ ساعت یا حتی یک روز کامل بدون شارژ کردن استفاده کنید، اما این در مورد همه ادوات امکان‌پذیر نیست برای مثال یک خودرو برقی نظیر نیسان مدل لیف با یک بار شارژ کردن تنها ۱۰۰ مایل می‌تواند حرکت کند و باید دوباره شارژ شود. برای این که بتوان این خودرو را تجاری‌سازی کرد باید بتوان نیروی محرکه برای ۳۰۰ مایل حرکت را برای آن تامین کرد. بنابراین ما باید توان باتری‌ها را افزایش دهیم.»
برای این که بتوان توان باتری‌ها را افزایش داد، دانشمندان مواد و طراحی‌های مختلفی را مورد بررسی قرار دادند. مهمترین حرکت‌ها در مسیر توسعه باتری‌ها در مقیاس اتمی اتفاق می‌افتد، بنابراین درک این که در این مقیاس چه اتفاقی می‌افتد برای محققان بسیار دشوار است. اخیرا یاسر و همکارانش روی طراحی جدیدی کار کرده‌اند که آنها را قادر می‌سازد تا نسل جدید باتری‌های یون لیتیم را تولید کنند.
باتری‌ها ساختار بسیار ساده‌ای دارند: آند، کاتد و الکترولیت که بین دو الکترود قرار گرفته است. در باتری‌های لیتیمی، یون لیتیم بین دو الکترود آند و کاتد در حرکت است. جنس آند این باتری‌ها از گرافیت است اما محققان مواد دیگری را برای این کار مورد بررسی قرار دادند. با شارژ و دشارژ شدن باتری، الکترود به آرامی دچار زوال ساختاری می‌شود به همین جهت بعد از یک مدت استفاده از باتری، ظرفیت آن کاهش می‌یابد. اگر بتوان این مشکل را حل کرد، آنگاه دوام باتری‌ها افزایش محسوسی خواهد داشت.
این گروه تحقیقاتی با میکروسکوپ الکترونی عبوری اصلاح شده موفق به بررسی ساختار این الکترودها شدند. آنها یک نانوباتری درون این میکروسکوپ ایجاد کرده و نقش اکسید قلع را به عنوان الکترود مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که یون‌های لیتیم وارد بلورهای قلع می‌شوند. محققان توانستند مقدار فشار وارد شده بر الکترود را محاسبه کنند. این یافته جدید به محققان کمک می‌کند تا طراحی جدید و بهتری از باتری‌ها ارائه کنند.
