Mbinu ya kuongoza uundaji wa betri za kizazi kijacho zenye kasi na za kudumu

Teknolojia safi na bora za kuhifadhi nishati ni muhimu ili kuanzisha miundombinu ya nishati mbadala.Betri za Lithium-ion tayari zinatawala katika vifaa vya kibinafsi vya kielektroniki, na zinaahidi wagombeaji wa uhifadhi wa kiwango cha gridi ya taifa na magari ya umeme.Hata hivyo, maendeleo zaidi yanahitajika ili kuboresha viwango vyao vya kutoza na maisha yanayoweza kutumika.

Ili kusaidia uundaji wa betri zinazochaji haraka na zinazodumu kwa muda mrefu, wanasayansi wanahitaji kuwa na uwezo wa kuelewa michakato inayotokea ndani ya betri inayofanya kazi, ili kutambua vikwazo vya utendakazi wa betri.Hivi sasa, kuibua nyenzo amilifu za betri zinapofanya kazi kunahitaji mbinu za kisasa za synchrotron X-ray au hadubini ya elektroni, ambayo inaweza kuwa ngumu na ya gharama kubwa, na mara nyingi haiwezi kupiga picha haraka vya kutosha ili kunasa mabadiliko ya haraka yanayotokea katika nyenzo za elektrodi zinazochaji haraka.Kwa hivyo, mienendo ya ioni kwenye kipimo cha urefu wa chembe amilifu binafsi na viwango vya kuchaji haraka vinavyohusika kibiashara bado haijagunduliwa.

Watafiti katika Chuo Kikuu cha Cambridge wameshinda tatizo hili kwa kutengeneza mbinu ya hadubini ya macho ya gharama ya chini inayotegemea maabara ili kusoma betri za lithiamu-ion.Walichunguza chembe za kibinafsi za Nb14W3O44, ambayo ni kati ya vifaa vya anode vinavyochaji kwa kasi hadi sasa.Mwanga unaoonekana hutumwa kwenye betri kupitia dirisha dogo la kioo, kuruhusu watafiti kutazama mchakato unaobadilika ndani ya chembe amilifu, kwa wakati halisi, chini ya hali halisi zisizo na usawa.Hii ilifichua vijiko vya mbele kama vile vikolezo vya lithiamu vinavyosonga kupitia chembe hai mahususi, na kusababisha mkazo wa ndani ambao ulisababisha baadhi ya chembe kuvunjika.Kuvunjika kwa chembe ni tatizo kwa betri, kwani inaweza kusababisha kukatwa kwa umeme kwa vipande, kupunguza uwezo wa kuhifadhi wa betri."Matukio kama haya ya moja kwa moja yana athari mbaya kwa betri, lakini hayangeweza kuzingatiwa kwa wakati halisi kabla ya sasa," anasema mwandishi mwenza Dk Christoph Schnedermann, kutoka Maabara ya Cavendish ya Cambridge.

Uwezo wa hali ya juu wa mbinu ya hadubini ya macho uliwawezesha watafiti kuchambua idadi kubwa ya chembe, na kufichua kuwa kupasuka kwa chembe kunajulikana zaidi na viwango vya juu vya uharibifu na kwa chembe ndefu."Matokeo haya hutoa kanuni za muundo zinazotumika moja kwa moja ili kupunguza kuvunjika kwa chembe na kufifia kwa uwezo katika darasa hili la nyenzo" anasema mwandishi wa kwanza Alice Merryweather, mgombea wa PhD katika Maabara ya Cavendish na Idara ya Kemia ya Cambridge.

Kusonga mbele, faida muhimu za mbinu - ikiwa ni pamoja na upataji wa haraka wa data, azimio la chembe moja, na uwezo wa juu wa upitishaji - itawezesha uchunguzi zaidi wa kile kinachotokea wakati betri zinashindwa na jinsi ya kuizuia.Mbinu hii inaweza kutumika kusoma karibu aina yoyote ya nyenzo za betri, na kuifanya kuwa sehemu muhimu ya fumbo katika uundaji wa betri za kizazi kijacho.