محققان دانشگاه کمبریج روشی برای مطالعه مکانیسم تغییر سیلیکون موجود در باتری‌های یون لیتیم ارائه کردند. در این روش از نانوسیم سیلیکون و NMR برای مطالعه متورم شدن سیلیکون در اثر شارژ شدن استفاده شده‌است.
استفاده از نانوسیم برای مطالعه دلیل تورم سیلیکون در باتری‌ها
سال‌ها دانشمندان به دنبال این بودند که بدانند چه اتفاقی برای سیلیکون در باتری‌ها می‌افتد، این که سیلیکون در تماس با لیتیم دچار چه سرنوشتی می‌شود معمایی بود که مدت‌ها ذهن پژوهشگران را به خود مشغول کرده است. گشودن این راز می‌تواند مسیر تجاری‌سازی نسل جدیدی از باتری‌های با ظرفیت بالا را هموار کند.
اخیرا محققان با استفاده از NMR موفق به ارائه روشی برای مطالعه این موضوع شدند؛ آنها توانستند اتفاقاتی که درون باتری در حین تماس سیلیکون با لیتیم رخ می‌دهد را در سطح اتمی مطالعه کنند.
در طول ۲۰ سال گذشته سیلیکون به‌عنوان جایگزین کربن در آند باطری‌ها مطرح بوده است ظرفیت این ماده ۲۰ برابر بیشتر از کربن است اما مدیریت خواص سیلیکون به‌عنوان سدی در مسیر تجاری‌سازی این باتری‌ها بوده است.
اولین مشکل آن است که اتم‌های سیلیکون اتم‌های لیتیم را جذب کرده در نتیجه متورم می‌شوند به‌طوری که حجم سیلیکون به سه برابر مقدار اولیه می‌رسد این کار موجب زوال باتری می‌شود. هر چند تلاش‌هایی برای ممانعت از این تورم صورت گرفته است اما فقدان اطلاعات کامل درباره مکانیسم این فرآیند موجب شده تا مدیریت آن با دشواری همراه شود.
محققان دانشگاه کمبریج موفق به ارائه روشی برای مطالعه این باتری‌ها شده‌اند که با استفاده از آن مشخص می‌شود که چه عاملی موجب متورم شدن می‌شود. این نتایج در قالب مقاله‌ای در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است.
در این پروژه محققان از نانوسیم سیلیکونی و NMR موفق به ارائه مدلی برای شبیه‌سازی فرآیند تورم در سیلیکون شدند. یافته‌های این گروه نشان داد که ابعاد ذرات وخوشه‌ها و شبکه سیلیکونی تعیین‌کننده انرژی مسیرهای مختلفی است که سیلیکون می‌تواند برای واکنش از آنها استفاده کند. با این روش محققان تغییرات مختلفی را که سیلیکون در تماس لیتیم ممکن است پیدا کند را پیش‌بینی می‌کنند. با این کار می‌توان باتری‌های جدیدی با کارایی بالاتر طراحی کرد. در واقع این روش به محققان اجازه می‌دهد تا در طراحی باتری‌ها هوشمندانه‌تر عمل کرده و از روش سعی و خطا پرهیز کنند. پژوهشگران معتقداند که از این روش برای مطالعه باتری‌های دیگر نیز می‌توان استفاده کرد.
