تشخیص علت انفجار باتری های لیتیومی با کمک روش ابداعی برنده نوبل شیمی

همان طور که احتمالاً می دانید جایزه نوبل شیمی 2017 به توسعه تکنولوژی ریزبینی الکترونی کریو (یا Cryo-Electron Microscopy) اهدا شد که امکان تهیه تصاویر با رزولوشن بالا در سطح اتمی را ممکن می کند.

اکنون پژوهشگران دانشگاه استنفورد با استفاده از روش Cryo-EM فرآیند متورم شدن در باتری های لیتیومی را مورد بررسی قرار داده اند تا با آگاهی از علل محدودیت های موجود، راه را برای توسعه باتری های بهتر هموار کنند.

ایجاد رشته های کریستالی در باتری موجب آتش سوزی می شوند

با توجه به تحقیقات صورت گرفته (از طریق Cryo-EM) در زمان متورم شدن باتری ها، لیتیوم موجود با تشکیل دندریت (رشته های کریستالی) موجب ایجاد مدار کوتاه شده که می تواند باعث آتش سوزی یا انفجار شود. البته دندریت ها قبلاً نیز مشاهده شده بودند اما این نخستین باری است که از آنها تصاویر با کیفیت در سطح اتمی تهیه می شود.

جالب است بدانید که برای تهیه تصاویر، محققان ابتدا یک باتری متورم را در نیتروژن مایع فرو بردند تا لیتیوم موجود در آن (برای جلوگیری از خوردگی) به سرعت فریز شود، و سپس با ایجاد یک برش و ثبت تصاویر، محتویات باتری را در سطح اتمی مورد مطالعه قرار دادند.

بر اساس یافته های پژوهشگران، دندریت های لیتیومی رشته های شش وجهی در ابعاد نانو هستند که برای رشد، مسیرهای مشخصی را انتخاب می کنند. دانشمندان همچنین با مطالعه لایه خارجی دندریت ها (SEI) که با الکترولیت موجود در باتری تماس دارد، نحوه رشد آنها در الکترولیت های مختلف را بررسی کرده اند.

به گفته محققان دانشگاه استنفورد، روش جدید به آنها اجازه می دهد تأثیر الکترولیت های مختلف روی رشد دندریت های لیتیومی را مطالعه کرده و در نهایت بهترین الکترولیت را برای جلوگیری از رشد دندریت، تورم باتری و در نهایت آتش سوزی انتخاب کنند.