علت تورم باتری پس از شارژ کردن چیست؟

به گزارش کلیک، اخیرا محققان دانشگاه کمبریج روشی برای مطالعه مکانیسم تغییر سیلیکون موجود در باتری ‌های یون لیتیم ارائه کردند. آن ها موفق شدند با استفاده از NMR روشی را برای بررسی این موضوع به کار بگیرند و اتفاقاتی که درون باتری در حین تماس سیلیکون با لیتیم رخ می ‌دهد را در سطح اتمی مطالعه کنند.

گاهی اوقات می بینیم که باتری تبلت یا گوشی متورم می شود. دلایل زیادی می تواند این تورم را برای باتری بوجود بیاورد. اما دلیل هر چه باشد این تورم در نتیجه جذب اتم های لیتیم توسط  اتم های سیلیکون ایجاد می شود.

اینکه چه اتفاقی برای سیلیکون باتری ها در تماس با لیتم می افتد معمایی است که سال ها ذهن بسیاری از محققان را به خود مشغول کرده. پرده برداشتن از این راز می ‌تواند مسیر تجاری ‌سازی نسل جدیدی از باتری ‌ها با ظرفیت بالا را آسان کند.
در طول ۲۰ سال گذشته سیلیکون به عنوان جایگزین کربن در آند باطری ‌ها مطرح بوده، ظرفیت این ماده ۲۰ برابر بیشتر از کربن است اما مدیریت خواص سیلیکون به عنوان سدی در مسیر تجاری ‌سازی این باتری ‌ها بوده است.

اولین مشکل آن است که اتم ‌های سیلیکون اتم‌ های لیتیم را جذب کرده در نتیجه متورم می ‌شوند، به طوری که حجم سیلیکون به سه برابر مقدار اولیه می‌ رسد، این کار باعث نابودی باتری می شود.

 هر چند تلاش ‌هایی برای جلوگیری از این تورم صورت گرفته، اما نبود اطلاعات کامل درباره مکانیسم این فرآیند باعث شده مدیریت آن با مشکل روبرو شود. اکنون محققان دانشگاه کمبریج موفق به ارائه روشی برای مطالعه این باتری‌ ها شده‌اند که با استفاده از آن مشخص می ‌شود چه عاملی موجب متورم شدن سیلیکون در اثر شارژ شدن می‌ شود. این نتایج در قالب مقاله ‌ای در نشریه Nature Communications  به چاپ رسیده است.

در این پروژه محققان با استفاده از نانوسیم سیلیکونی و NMR موفق به ارائه مدلی برای شبیه ‌سازی فرآیند تورم در سیلیکون شدند. یافته‌ های این گروه نشان می دهد که ابعاد ذرات و خوشه ‌ها و شبکه سیلیکونی تعیین ‌کننده انرژی مسیر های مختلفی است که سیلیکون می‌ تواند برای واکنش از آن ها استفاده کند. با این روش محققان تغییرات مختلفی که سیلیکون در تماس لیتیم ممکن است پیدا کند را پیش ‌بینی می ‌کنند.

با این کار می‌ توان باتری ‌های جدیدی را طراحی کرد که کارایی بالاتری دارند. در واقع این روش به محققان اجازه می‌ دهد تا در طراحی باتری ‌ها هوشمندانه ‌تر عمل کرده و نیازی به روش‌ سعی و خطا نداشته باشند. به اعتقاد پژوهشگران از این روش می‌ توان برای مطالعه باتری‌ های دیگر نیز استفاده کرد.