از غارها تا باتری ها: استالاکتیت ها، استالاگمیت ها و باتری های با دوام بیشتر
تحقیقات پیشگامانه این پتانسیل را دارد که راه را برای باتری هایی با طول عمر قابل توجهی هموار کند.
بسیاری از ابزارهای روزمره مانند ماشین های الکتریکی، تلفن های همراه و ابزارهای برقی بی سیم اکنون به باتری های قابل شارژ متکی هستند. با این حال، این روند رو به رشد چالش های خاصی را ایجاد می کند. به عنوان مثال، برخی از تلفن های همراه به دلیل نگرانی های ایمنی در پروازها ممنوع شدند، در حالی که برخی از خودروهای برقی گزارش شده که آتش گرفته اند. این تا حد زیادی به دلیل حساسیت باتری های لیتیوم یون تجاری معاصر به استرس مکانیکی است.
یک راه حل نوظهور برای این مسائل می تواند استفاده از “باتری های حالت جامد” باشد. این باتری‌ها با جایگزین کردن هسته مایع – معروف به الکترولیت – با یک ماده کاملاً جامد مانند هادی‌های یونی سرامیکی از حد معمول فاصله میگیرند. در نتیجه، آنها مزایای زیادی مانند محکم بودن مکانیکی، غیر قابل احتراق، کوچک شدن آسان و مقاوم بودن در برابر نوسانات دما را ارائه می دهند.
اما باتری‌های حالت جامد مشکلات خود را پس از چندین دوره شارژ و دشارژ نشان می‌دهند: در حالی که قطب‌های مثبت و منفی باتری هنوز از نظر الکتریکی در ابتدا از یکدیگر جدا هستند، در نهایت توسط فرآیندهای داخلی باتری به یکدیگر متصل می‌شوند: «لیتیوم دندریت ها به آرامی در باتری رشد می کنند. این دندریت های لیتیومی در طول هر فرآیند شارژ تا زمانی که دو قطب به هم متصل شوند، گام به گام رشد می کنند. نتیجه: باتری اتصال کوتاه پیدا می کند و می میرد. با این حال، تا کنون، فرآیندهای فیزیکی دقیقی که در این فرآیند اتفاق می افتد، هنوز به خوبی درک نشده است.
تیمی به رهبری رودیگر برگر از بخش هانس یورگن بات اکنون با این مشکل برخورد کرده و از روش میکروسکوپی ویژه برای بررسی جزئیات بیشتر فرآیندها استفاده کرده است. آنها این سوال را بررسی کردند که دندریت های لیتیوم از کجا شروع به رشد می کنند. آیا مانند یک غار فلوستون است که در آن استالاکتیت ها از سقف و استالاگمیت ها از کف رشد می کنند تا در وسط به هم می پیوندند و به اصطلاح “استالاگنات” را تشکیل می دهند؟ هیچ بالا و پایینی در باتری وجود ندارد – اما آیا دندریت ها از قطب منفی به قطب مثبت رشد می کنند یا از قطب مثبت به قطب منفی؟ یا از هر دو قطب یکسان رشد می کنند؟ یا مکان های خاصی در باتری وجود دارد که منجر به هسته شدن و سپس رشد دندریتیک از آنجا می شود؟
تیم رودیگر برگر به طور خاص به به اصطلاح “مرزهای دانه” در الکترولیت جامد سرامیکی نگاه کرد. این مرزها در طول تولید لایه جامد شکل میگیرند: اتم‌های کریستال‌های سرامیک اساساً بسیار منظم چیده شده‌اند. با این حال، به دلیل نوسانات کوچک و تصادفی در رشد کریستال، ساختارهای خط مانندی تشکیل می شود که در آن اتم ها به طور نامنظم چیده شده اند – به اصطلاح “مرز دانه”.
دیدگاهتان را بنویسید