خطوة حاسمة على طريق تطوير بطاريات الحالة الصلبة
تتمتع بطاريات الحالة الصلبة الليثيوم ببعض المزايا ، مثل كونها أقل قابلية للاشتعال، لكنهم أيضًا أقل قوة بكثير، وذلك لأن أيونات الليثيوم في هذا النوع من البطاريات يجب أن تنتشر من خلال إلكتروليت صلب ، وهي عملية مرهقة.
باستخدام خدعة ذكية ، نجح فريق بقيادة الدكتور إندو مانكي والدكتور روبرت برادبري من HZB والعديد من المتعاونين الآن في مراقبة نقل أيونات الليثيوم عبر الإلكتروليت في الوقت الفعلي لأول مرة.
لقد استفادوا من حقيقة أن الليثيوم يوجد عادة كمزيج من نظيرين: حوالي 90٪ من الليثيوم 7 ، وهو شفاف لحزم النيوترونات ، والباقي 10٪ ليثيوم 6 ، الذي يمتص النيوترونات بقوة .
يقول برادبري: “كانت لدينا فكرة أنه يمكننا استخدام الشفافية المختلفة لأيونات الليثيوم لتتبع مسارها خلال الإلكتروليت، وهذا يعمل بشكل جيد للغاية مع التصوير الشعاعي للنيوترون بالأوبراندو والتصوير المقطعي بالنيوترون في الموقع”.
تم إجراء قياسات النيوترونات في معهد Laue-Langevin في جرونوبل ، فرنسا ، حيث أنشأ الدكتور Nicolay Kardjilov ، خبير HZB ، مرفقًا مشتركًا للتصوير المقطعي.
تم تصنيع بطارية ليثيوم-كبريت مع أنود مصنوع من الليثيوم النقي 6 من أجل التحقيق، يتكون المحلول الكهربائي الصلب من الخليط المعتاد من Li 6 و Li 7 .
يوضح برادبري : “سمح لنا ذلك بالتمييز أثناء التفريغ الأولي بين أيونات الليثيوم المتنقلة المنتشرة عبر الخلية من القطب الموجب، وتلك الموجودة في الإلكتروليت الصلب في البداية”.
باستخدام التصوير الشعاعي للنيوترونات ، لاحظ الباحثون انتشار أيونات الليثيوم عبر الخلية ، بينما قدم التصوير المقطعي النيوتروني في الموقع رؤية ثلاثية الأبعاد لتوزيع أيونات الليثيوم المحتبسة داخل الخلية في الحالات المشحونة والمفرغة. شملت الدراسة أيضًا فرقًا من جامعتي جيسن وبراونشفايغ ومركز أبحاث يوليش.
النتيجة الأكثر أهمية: انتشار Li ليس متجانسًا وموحدًا، بالإضافة إلى ذلك ، تسمح هذه الطريقة باختبار الإلكتروليتات الجديدة باستخدام نظير Li6 من أجل العثور بسرعة أكبر على الإلكتروليتات التي يمكن من خلالها نشر الليثيوم جيدًا بشكل خاص.
يقول Ingo Manke : “إن توضيح مسارات نقل أيونات الليثيوم من خلال فاصل الإلكتروليت الصلب هو خطوة حاسمة على طريق تطوير بطاريات الحالة الصلبة الموثوقة والعملية”.
نُشر العمل في مجلة Advanced Functional Materials .
