نظارت بر فرسودگی باتریهای لیتیوم-یون با تکنیک پیشرفته NMR در آزمایشگاه آرگون

نظارت بر فرسودگی باتریهای لیتیوم-یون با تکنیک پیشرفته NMR در آزمایشگاه آرگون, محققان آزمایشگاه ملی آرگون روشی نوین بر پایه طیفسنجی رزونانس مغناطیسی هستهای (NMR) را برای بررسی دقیق فرآیند پیری در باتریهای لیتیوم-یون توسعه دادهاند. این تکنیک امکان رصد تغییرات شیمیایی درون سلولهای انرژی را در طول زمان و تحت شرایط عملیاتی مختلف فراهم میآورد.

چالش کاهش عمر در باتریهای لیتیوم-یون باتریهای لیتیوم-یون به عنوان منبع اصلی انرژی در دستگاههای الکترونیکی و خودروهای برقی کاربرد گستردهای دارند. با این حال، افت تدریجی ظرفیت و کارایی آنها در طول زمان، که به آن پیری باتری میگویند، یکی از چالشهای اصلی صنعت محسوب میشود. درک عمیق مکانیسمهای شیمیایی عامل این پدیده، پیشنیاز بهبود عملکرد و افزایش طول عمر این باتریهاست.

مزیت طیفسنجی NMR در تحلیل مواد باتری روش NMR، که از نظر عملکرد شباهت زیادی به تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) در پزشکی دارد، به دانشمندان اجازه میدهد تا تغییرات در ساختار اتمی مواد را با دقت بسیار بالا مشاهده کنند. با بهکارگیری میدانهای مغناطیسی قوی، این تکنیک سیگنالهایی از هستههای اتمی تولید میکند که حاوی اطلاعات ارزشمندی درباره محیط شیمیایی اطراف آنهاست.

بررسی آندهای سیلیکونی و راهکار افزایش پایداری محققان با استفاده از این روش، تحولات شیمیایی را در باتریهایی که از آند سیلیکونی بهره میبرند، به دقت رصد کردهاند. آند سیلیکون به دلیل ظرفیت بالای ذخیرهسازی انرژی مورد توجه قرار دارد، اما افزایش حجم در طول چرخه شارژ و واکنشهای جانبی با الکترولیت، عمر مفید آن را کاهش میدهد.

تیم تحقیقاتی با مشاهده تغییرات ساختار کریستالی مواد در حین چرخههای شارژ و دشارژ، موفق شد با افزودن نمک منیزیم به الکترولیت، تشکیل ترکیبات نامطلوب را که عامل کاهش ظرفیت هستند، مهار کند. آینده کاربرد NMR در نسل جدید باتریها تکنیک طیفسنجی NMR به عنوان ابزاری قدرتمند، میتواند در توسعه نسل جدید باتریهای لیتیوم-یون با کارایی بالاتر و عمر طولانیتر نقش کلیدی ایفا کند.

همچنین، این روش پتانسیل کاربرد در بررسی سایر سیستمهای ذخیرهسازی انرژی مانند باتریهای حالت جامد و سدیم-یون را نیز دارد.