استفاده از طیف‌سنجی الکترونی برای تعیین غلظت یون لیتیوم
بررسی دقیق باتری‌های لیتیوم یون یکی از مهمترین حوزه‌های تحقیقاتی به شمار می‌رود. در حال حاضر روش های زیادی در این زمینه وجود دارد و روز به روز به تنوع آن‌ها افزوده می‌شود. به تازگی محققان ژاپنی با انتشار مقاله‌ای در ژورنال نیچر، از روش طیف‌سنج الکترونی افت انرژی (EELS) رونمایی کردند.
طیف‌نگار الکترونی افت انرژی (EELS)
این دانشمندان با استفاده از روش “operando electron energy-loss spectroscopy” غلظت یون لیتیوم را داخل کاتد LiCoO2 در باتری حالت جامد بررسی کردند. در این تحقیق با فیلم برداری از کاتد LCO و نمایش غلظت یون لیتیوم در هنگام شارژ و دشارژ، نحوه‌ی حرکت و پخش شدگی این یون‌ها نشان داده شده است. در ویدیوی زیر این نتایج آمده است.
در تصویر زیر نمایی گرافیکی از این کاتد مشخص شده که در آن ضخامت‌های هر لایه آمده است. در قسمت d از این تصویر، نمایی از غلظت لیتیوم مشاهده می‌شود.
برای بررسی نتایج به دست آمده از آزمایش، محققان نیازمند پردازش اطلاعات خام و به دست آوردن داده های درست و قابل تحلیل هستند.
روند آن در شکل زیر مشخص شده است. در این شکل :
- ابتدا با تصویر برداری از ناحیه‌ی مورد نظر، داده‌های خام به دست امده
- سپس با استفاده از برنامه نویسی (در زبان پایتون) موسوم به sparse coding داده‌های نهایی به دست خواهد آمد.
بعد از به دست آمدن داده های مورد نظر، نیاز به تحلیل آن‌ها بوده که در شکل زیر این تحلیل صورت گرفته است. در این شکل مشخص است که دو ناحیه مورد بررسی قرار گرفته است. همین‌طور این دو ناحیه با دو حالت شارژ و دشارژ نیز بررسی شده اند. در این تصویر، نواحی روشن بیانگر غلضت بالای یون لیتیوم بوده و نواحی تاریک، بیانگر غلظت پایین برای آن می باشد.
این نوع از تحلیل‌ها می‌تواند تحقیقات حوزه‌ی باتری‌های لیتیوم یون را بسیار سرعت ببخشد و مشاهده شد که با استفاده از برنامه‌نویسی اطلاعات مورد نظر به دست آمد و تحلیل مسائل بسیار بهتر و سریع تر انجام شد.
تاریخ انتشار مقاله: خرداد 1399
منبع:Dynamic imaging of lithium in solid-state batteries by operando electron energy-loss spectroscopy with sparse coding
