จะเกิดอะไรขึ้นในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเมื่อเริ่มทำงานครั้งแรก เหตุการณ์ที่ซับซ้อนเกิดขึ้น – ตั้งแต่การปรับโครงสร้างอิเล็กโทรไลต์อิออนไปจนถึงปฏิกิริยาเคมีที่ก่อจลาจล ในการสำรวจช่วงแรกๆ ของอายุการใช้งานแบตเตอรี่ นักวิจัยในสหรัฐฯ ได้ตรวจสอบวิวัฒนาการทางเคมีของแบตเตอรี่ที่พื้นผิวอิเล็กโทรด งานของพวกเขาอาจนำไปสู่การออกแบบแบตเตอรี่ที่ดีขึ้นโดยกำหนดเป้าหมายไปยังระยะเริ่มต้นของการทำงานของอุปกรณ์
อินเทอร์เฟสของแข็ง-อิเล็กโทรไลต์
เป็นของแข็งที่เกิดขึ้นรอบๆ แอโนด เกิดจากการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ จึงเป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติมโดยการปิดกั้นอิเล็กตรอนในขณะที่ปล่อยให้ไอออนลิเธียมผ่านเพื่อให้วงจรไฟฟ้าสมบูรณ์
เฟสระหว่างโซลิดอิเล็กโทรไลต์ไม่ปรากฏขึ้นทันที เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชาร์จในครั้งแรก แอโนดจะขับไล่แอนไอออนและดึงดูดลิเธียมไอออนที่เป็นบวก โดยแยกไอออนที่มีประจุตรงข้ามออกเป็นสองชั้นที่แตกต่างกัน ชั้นไฟฟ้าสองชั้นนี้กำหนดองค์ประกอบและโครงสร้างของเฟสระหว่างของแข็ง-อิเล็กโทรไลต์
ข้อสังเกตล่าสุดที่สำคัญอาจเป็นไปได้ว่าชั้นไฟฟ้าสองชั้นเป็นเพียงการคาดเดาและไม่ค่อยได้สังเกตจนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้ ตอนนี้ทีมนักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือและ ห้องปฏิบัติการ วิจัยกองทัพ ที่ นำโดยZihua Zhuได้ให้หลักฐานการทดลองโดยตรงสำหรับชั้นสองโดยใช้สเปกโตรมิเตอร์มวลไอออนทุติยภูมิที่สร้างขึ้นเองซึ่งเป็นเครื่องมือที่วิเคราะห์อนุภาคไอออไนซ์ที่พุ่งออกมาจากพื้นผิว
เครื่องมือที่จดสิทธิบัตรสามารถระบุองค์
ประกอบทางเคมีในชั้นที่บางราวๆ นาโนเมตรได้ นอกจากนี้ยังสามารถตรวจสอบของเหลว เช่น อิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ ภายใต้สภาวะสุญญากาศ
เพื่อทำการวัด นักวิจัยได้ประกอบแบตเตอรี่ที่เข้ากันได้กับสุญญากาศโดยการห่อหุ้มอิเล็กโทรไลต์เหลวด้วยอิเล็กโทรดทองแดง ตามด้วยแผงกั้นซิลิคอนไนไตรด์ การวิเคราะห์แมสสเปกโตรเมตรีเริ่มต้นขึ้นเมื่อลำแสงบิสมัทไอออนที่เจาะจงเจาะเข้าไปในชั้นซิลิกอนไนไตรด์ เตะไอออนขึ้นมาและทิ้งรูเล็กๆ ไว้ ความลึกของรูสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ และวัสดุที่พุ่งออกมานั้นจะถูกตรวจสอบตามฟังก์ชันของความลึก
ไม่มีกีย์เซอร์
เมื่อสว่านบิสมัทไอออนไปถึงชั้นของเหลวที่อยู่เบื้องล่าง แรงตึงผิวของของเหลวและขนาดรูที่เล็กจะป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรไลต์ “เกิดกีย์เซอร์” เข้าสู่สภาพแวดล้อมที่มีสุญญากาศสูง อย่างไรก็ตาม อนุภาคของเหลวบางส่วนสามารถหลบหนีเพื่อตรวจจับและวิเคราะห์ได้
“เทคนิคของเรามีความละเอียดในเชิงลึกที่ยอดเยี่ยมและการจดจำโมเลกุลที่ส่วนต่อประสานระหว่างของแข็งกับของเหลว” Zhu กล่าว “นี่เป็นข้อได้เปรียบเหนือเทคนิคของคู่แข่ง เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน”
การวัดจะวาดภาพว่าเฟสระหว่างเฟสของแข็ง
อิเล็กโทรไลต์เกิดขึ้นได้อย่างไร ชั้นไฟฟ้าสองชั้นของไอออนบวกและลบจะแปรสภาพเป็นอินเทอร์เฟสของแข็ง-อิเล็กโทรไลต์ที่ประกอบด้วยชั้นในที่หนาแน่นและอุดมด้วยลิเธียมออกไซด์และชั้นนอกแบบอินทรีย์ที่หลวม
นอกเหนือจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนการทำความเข้าใจเกี่ยวกับไฟฟ้าดับเบิ้ลเลเยอร์ช่วยให้เข้าใจถึงวิธีจัดการกับเฟสของแข็ง-อิเล็กโทรไลต์ ตัวอย่างเช่น การรวมฟลูออรีนเข้ากับชั้นในเพื่อเพิ่มความคล่องตัวของลิเธียมไอออน การเพิ่มแอนไอออนที่ประกอบด้วยฟลูออรีนลงในอิเล็กโทรไลต์จะไม่ทำงานได้ดีเพราะแอนไอออนจะถูกขับออกจากแอโนด การทดลองของ Zhu เสนอแนะว่าการนำสปีชีส์ตัวทำละลายที่มีฟลูออรีนที่เป็นกลางมาใช้แทนแอนไอออนสามารถเลี่ยงการผลักไฟฟ้าได้
การศึกษาการก่อตัวของเฟสระหว่างโซลิดอิเล็กโทรไลต์ในขั้นต้นนี้ “ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบเฟสใหม่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่” Zhu กล่าว ในอนาคต นักวิจัยต้องการใช้แมสสเปกโตรเมทรีแบบของเหลวชนิดเดียวกันเพื่อศึกษาแคโทด รวมถึงวัสดุอิเล็กโทรดต่างๆ เช่น ซิลิกอน
นอกจากนี้ การค้นพบชั้นในเฟสระหว่างโซลิด-อิเล็กโทรไลต์อย่างใกล้ชิดยังนำเสนอความเป็นไปได้ใหม่ๆ ที่จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าสำหรับการสำรวจเพิ่มเติมในระบบแบตเตอรี่เดียวกัน คำถามพื้นฐานหลายข้อยังคงอยู่ และ Zhu และทีมของเขากำลังไล่ล่าอยู่
จากข้อมูลของ Bachmann การปรับจูนบนชิปสำหรับเสาอากาศขนาดเล็กนั้นทำมากกว่าแค่การรับประกันว่าการส่งข้อมูลที่เชื่อถือได้ นอกจากนี้ยังมีการปรับจูนอิมพีแดนซ์ที่ยืดหยุ่นได้มาก ซึ่งหมายความว่ามันใช้งานได้หลากหลายอิมพีแดนซ์ในร่างกาย เทียบเท่ากับการอิ่มและท้องว่าง “เรามองเห็นอิมพีแดนซ์ที่ปรับได้ซึ่งสามารถ ‘ปรับ’ ตัวเองให้เข้ากับสภาวะที่เห็นในทางเดินอาหาร เพื่อให้ตัวรับส่งสัญญาณสร้างการเชื่อมโยงที่เชื่อถือได้เสมอ” เขากล่าว
การใช้งานที่หลากหลาย
แม้ว่าอุปกรณ์ที่กินได้ยังอยู่ในวัยทารก แต่ประโยชน์ที่เป็นไปได้ของอุปกรณ์เหล่านี้ก็มีความสำคัญมาก นอกจากจะช่วยในการติดตามกระบวนการย่อยอาหารและวินิจฉัยโรคทางเดินอาหารแล้ว อาหารที่กินเข้าไปยังสามารถแทนที่ขั้นตอนต่างๆ เช่น การตรวจด้วยกล้องส่องกล้องและการวิเคราะห์ตัวอย่างอุจจาระ ซึ่งอาจทำให้รู้สึกไม่สบายใจอย่างมากและให้การสังเกตเพียงครั้งเดียวเท่านั้น Bachmann กล่าวว่าตัวรับส่งสัญญาณ Imec มีกรณีการใช้งานที่เป็นไปได้หลายประการ รวมถึงสิ่งที่บริโภคได้ซึ่งออกแบบมาเพื่อตรวจสอบสุขภาพ โภชนาการ หรือไบโอมาร์คเกอร์ที่บ่งชี้ว่ามีโรค อย่างไรก็ตาม เขาเตือนว่าการใช้งานทางคลินิกจะต้องมีการรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพิ่มเติมในระดับนาโน
Credit : saglikpersoneliplatformu.com sanatorylife.com semperfidelismc.com shopcoachfactory.net skyskraperengel.net
