شبیه‌سازی و آنالیز سه‌بعدی سطوح برای باتریهای حالت جامد
دانشمندان باتریهای تمام-حالت-جامد لیتیوم را، به عنوان جایگزین ایمن‌تری برای باتریهای لیتیوم-یون درنظر می‌گیرند. اما عملکرد آن‌ها نیاز به توسعه بیشتری دارد. اکنون با تکنولوژی آنالیز دیجیتال سه‌بعدی تصاویر دیجیتال سه‌بعدی از الکترودهای باتری لیتیوم گسترش یافته و ریزساختارهای سطحی جامد به صورت جزئی، مورد مطالعه قرار گرفته است.
ما در دنیایی مجهز به انواع باتری‌ها زندگی می‌کنیم . با اختراع پیوسته تجهیزات الکترونیکی از گوشه و کنار جهان، نیاز به یافتن باتریهای مقاوم اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. امروزه بیشتر دستگاه‌ها با باتریهای لیتیوم-یون کار می‌کنند. اگرچه این باتری‌ها به طور کلی ایمن هستند اما گاهی به عنوان باتری‌هایی که آتش می‌گیرند یا منفجر می‌شوند، از آن‌ها یاد شده است.
باتری تمام-حالت-جامد
جایگزینی که در جامعه تحقیقاتی به سرعت و به طور برجسته‌ای در حال رشد است، باتری لیتیومی تمام-حالت-جامد (ASSLIB) می‌باشد. برخلاف باتریهای لیتیوم-یون که الکترود؛ جامد و الکترولیت؛ مایع است، در باتریهای حالت جامد، هر دو الکترود و الکترولیت، جامد و به شدت ایمن هستند. با این حال، این خاصیت ایده‌آل باعث ایجاد یک مشکل می‌شود.
در حین عملکرد باتری، حجم الکترولیت و الکترودها به ویژه در باتریهای با ذخیره انرژی بالا، تغییر می‌کند. این موضوع می‌تواند باعث جدا شدن سطوح و در نتیجه عملکرد ضعیف باتری شود.
تصویربرداری دیجیتال سه‌بعدی
اگر گسترش باتریهای لیتیوم یون تمام-حالت-جامد با عملکرد بالا باشد، ساختارهای پیچیده در سطوح میانی این گونه از باتری‌ها باید به طور جزئی و دقیق مورد بررسی قرار گیرند. به تازگی یک گروه تحقیقاتی کره‌ای به سرپرستی پروفسور لی از موسسه‌ی تحقیقاتی DGIST به کمک روش تصویربرداری دیجیتال سه‌بعدی(3D digital twin technology) و آنالیز الکتروشیمیایی ساختار داخلی باتریهای حالت جامد را بررسی کردند. در نتیجه آن یک شبیه سازی از ریزساختارهای سطوح جامد-جامد به دست آمد و به عنوان یک نمونه‌ی دقیق سه‌بعدی از الکترود LCO، ارائه گردید.
روند و نتایج
آن‌ها :
- برش‌هایی از منطقه ی مورد نظر را انتخاب کرده
- تصاویر به دست آمده را به ترتیب مرتب نمودند تا ساختار سه‌بعدی الکترود به صورت دیجیتالی بازسازی شود
- سپس تجزیه و تحلیل ساختاری را انجام دادند.
همان‌طور که انتظار می‌رفت، آن‌ها دریافتند که سطح تماس ویژه در باتریهای حالت جامد بسیار کمتر از باتریهای لیتیوم-یون است.
با استفاده از این روش، پروفسور لی و گروه تحقیقاتی، سطوح الکترود و الکترولیت بر پایه ی اکسید در باتری های حالت جامد را تصویربرداری کردند. الکترولیت‌های بر پایه ی اکسید، یکی از امیدوارکننده‌ترین نوع الکترولیت‌ها در باتریهای حالت جامد به شمار میروند. ویدیو زیر این شبیه سازی را به خوبی نشان می‌دهد.
استفاده از تصویربرداری به کمک روش FIB/SEM موجب خواهد شد تا آنالیز انواع الکترود در باتریهای لیتیوم یون به راحتی انجام شود. این روش به محققان در صرفه‌جویی وقت و هزینه کمک خواهد کرد تا به راحتی عیوب را در مراحل ساخت باتری بررسی کنند و در نهایت سرعت تجاری سازی باتریهای تمام-حالت-جامد را سرعت ببخشند.
