نظارت دقیق بر پیری باتری با روش NMR امکان‌پذیر شد

محققان آزمایشگاه ملی آرگون، روشی نوین برای ارزیابی دقیق روند پیری در باتری‌های لیتیوم-یون معرفی کرده‌اند. این روش که بر اساس طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) استوار است، امکان بررسی تغییرات شیمیایی درون باتری‌ها را در طول زمان و در شرایط مختلف فراهم می‌آورد.

به گزارش دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا، باتری‌های لیتیوم-یون به عنوان منبع انرژی در بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی و خودروهای برقی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، یکی از چالش‌های اصلی در این باتری‌ها، کاهش تدریجی ظرفیت و کارایی آن‌ها در طول زمان است که به عنوان پیری باتری شناخته می‌شود. برای بهبود عملکرد و طول عمر باتری‌ها، درک عمیق از فرایندهای شیمیایی که منجر به پیری می‌شوند، ضروری است.

طیف‌سنجی NMR، که شباهت زیادی به تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) در پزشکی دارد، به محققان اجازه می‌دهد تا تغییرات در ساختار اتمی مواد را با دقت بسیار بالا بررسی کنند. در این روش، از میدان‌های مغناطیسی قوی برای ایجاد سیگنال‌هایی از هسته‌های اتمی استفاده می‌شود که این سیگنال‌ها حاوی اطلاعات ارزشمندی درباره محیط شیمیایی اطراف هسته‌ها هستند.

محققان با استفاده از طیف‌سنجی NMR توانسته‌اند تغییرات شیمیایی را در باتری‌های لیتیوم-یون، به ویژه باتری‌هایی که از آند سیلیکونی استفاده می‌کنند، به طور دقیق رصد کنند. آند سیلیکون به دلیل ظرفیت بالای ذخیره انرژی، مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار دارد، اما چالش‌هایی مانند افزایش حجم و واکنش‌های جانبی با الکترولیت، باعث کاهش عمر این نوع باتری‌ها می‌شود.

با استفاده از این روش، محققان توانستند تغییرات در ساختار کریستالی مواد را در طول چرخه‌های شارژ و دشارژ مشاهده کنند. با درک بهتر فرایندهای شیمیایی که در باتری رخ می‌دهند، محققان می‌توانند راهکارهایی برای بهبود عملکرد و طول عمر باتری‌ها ارائه دهند. به عنوان مثال، در این تحقیق، محققان با اضافه کردن نمک منیزیم به الکترولیت، توانستند از تشکیل برخی ترکیبات نامطلوب که باعث کاهش ظرفیت باتری می‌شوند، جلوگیری کنند.

تکنیک طیف‌سنجی NMR می‌تواند به عنوان یک ابزار قدرتمند برای توسعه نسل جدیدی از باتری‌های لیتیوم-یون با عملکرد بهتر و عمر طولانی‌تر مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، این روش می‌تواند در بررسی سایر انواع باتری‌ها مانند باتری‌های حالت جامد و سدیم-یون نیز کاربرد داشته باشد.
برای مشاهده تازه ترین خبرها به صفحه اخبار علمی رسانه تکنا مراجعه کنید.