چالش‌های باتری‌ لیتیوم سولفور؛ جایگزین محتمل باتری‌ یون لیتیوم

باتری‌ لیتیوم سولفوری نسبت به باتری‌ لیتیوم یونی مزایای زیادی دارن؛ اما قبل از کاربرد گسترده باید برخی مشکلات آن‌ را برطرف کرد.

باتری‌های لیتیوم سولفوری (Li,S) از انواع نسبتا جدیدی هستند که طی پژوهش‌های مختلف توسعه یافته‌اند. به‌دلیل تراکم بالای انرژی این نوع باتری‌ از نظر تئوری (به‌طوری‌ که پنج برابر بیشتر از آخرین باتری‌های لیتیوم یونی در یک حجم کوچک‌تر انرژی ذخیره‌ می‌کند)، در هر دو مقیاس کاربردی بزرگ و کوچک هم از گزینه‌های قوی و برندگان احتمالی به‌شمار می‌رود.

اما قبل از پیاده‌سازی این نوع باتری‌ در زمینه‌های کاربردی واقعی، باید بعضی از مشکلات عملکردی آن‌ ازجمله رسانایی ضعیف و بازدهی انرژی ناکافی را حل کرد. این خطاهای کوچک از واکنش‌ها و انواع شیمیایی درون باتری ناشی می‌شوند؛ زیرا شارژ باتری از طریق اتم‌های لیتیوم بین دو الکترود باتری و از طریقالکترولیتی که آن‌ها را جدا می‌کند، منتقل می‌شود. این مشکلات را می‌توان با اضافه کردن سولفیدهای رسانای فلزی ازجمله سولفید مس (CuS)، سولفید آهن (FeS2)، سولفید تیتانیوم (TiS2) و ... به الکترود سولفور تا اندازه‌ای کاهش داد. بااین‌حال هر نوع سولفید فلز در باتری‌های Li-S رفتار منحصربه‌فرد و متفاوتی از خود نشان می‌دهد. دانشمندان برای درک سازوکارهای بنیادی این رفتارهای متفاوت باید به بررسی دقیق واکنش‌های پیچیده‌ی شارژ و تخلیه‌ی شارچ باتری بپردازند که خود یک چالش به شمار می‌رود.

دانشمندان با همراهی یورگین تیم از اشعه‌ی طیف‌سنجی اشعه‌ی ایکس تفکیک زیرمیکرونی (SRX) برای نمایش فرآیندهای داخلی باتری لیتیوم، سولفور استفاده کردند.

گروهی از پژوهشگرها در سه مرکز NSLS-II (مرکز ملی نور شتاب‌دهنده‌ی ذرات 2)، بخش انرژی ایالات‌متحده (DOE)، دفتر تأسیسات کاربری علوم در آزمایشگاه ملی بروکهاون DOE، با هدف دستیابی به اطلاعات بیشتر در مورد تکامل شیمیایی و ساختاری افزودنی سولفید فلز (در این نمونه سولفید مس) با اجرای یک آزمایش چندروشی اشعه‌ی ایکس به بررسی حرکت یون‌های لیتیوم بین الکترودهای باتری پرداختند. کار آن‌ها یک نمونه‌ی بررسی اوپراندو است، بررسی اپراندو به روشی گفته می‌شود که امکان جمع‌آوری اطلاعات ساختاری و شیمیایی به پژوهشگرها می‌دهد و درعین‌حال اندازه‌گیری‌های فعالیت الکتروشیمیایی را ثبت می‌کند. این گروه از یک مجموعه تکنیک‌ اشعه‌ی ایکس برای این آزمایش استفاده کرد: توزیع پودر اشعه‌ی ایکس برای جمع‌آوری اطلاعات ساختاری، پردازش تصویر فلوئورسنس اشعه‌ی ایکس برای نمایش تغییرات در توزیع عناصر و طیف‌سنجی جذب اشعه‌ی ایکس برای ردیابی واکنش‌های شیمیایی.

نتایج در نسخه‌ی آنلاین 11 اکتبر 2017 مجله‌ی Scientific Report منتشر شدند و چشم‌اندازهای جدیدی به تکامل شیمیایی و ساختاری سیستم باز کردند.

برای دیدن دیگر ویدئو های ارسالی اینجا کلیک کنید