ผู้ผลิตเครื่องมือเฉพาะทางสำหรับการวิเคราะห์พื้นผิวของฟิล์มบางในแคนาดา กำลังใช้ความรู้และความเชี่ยวชาญโดยรวมของบริษัทเพื่อศึกษาการแพร่ลิเธียมเฉพาะที่ภายในวัสดุกักเก็บพลังงานประเภทต่างๆ ความหวังคือความคิดริเริ่มด้านการวิจัยและพัฒนาภายในองค์กร หากแปลเป็นการนำไปใช้เชิงพาณิชย์ในวงกว้างทั่วทั้งห่วงโซ่อุปทานของแบตเตอรี่ จะทำให้เกิดความสามารถในการวิเคราะห์ที่เปลี่ยนแปลงเกม
เพื่อติดตาม
การประเมินอย่างรวดเร็วและเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุอิเล็กโทรดยุคหน้า อินเตอร์เลเยอร์ และการทำให้เสถียร สารประกอบสำหรับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียม ในแง่ของโครงการเฉพาะ ทีมงาน OCI กำลังติดตามการแพร่ลิเธียมในสถานะของแข็งจากแหล่งเฟสก๊าซไปยังวัสดุแบตเตอรี่แบบฟิล์มบางโดยใช้
“เครื่องมือวิเคราะห์” สองตัวของโลกวิทยาศาสตร์พื้นผิว: สเปกโทรสโกปีอิเล็กตรอนของสว่าน (AES) และพลังงานต่ำ การเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน (LEED) เมื่อใช้งานควบคู่กันไป โมดูลทั้งสองจะให้ข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวอย่างภายใต้การศึกษา โดย AES จะสอบถามองค์ประกอบองค์ประกอบ
ของสภาพแวดล้อมใกล้พื้นผิว (โดยทั่วไปคือความลึก 3–10 นาโนเมตร) ในขณะที่ LEED กำหนดโครงสร้างพื้นผิวของผลึกเดี่ยว วัสดุผ่านการทิ้งระเบิดด้วยลำแสง ของอิเล็กตรอนพลังงานต่ำ (และการสังเกตอิเล็กตรอนที่เลี้ยวเบนในภายหลังบนจอภาพเรืองแสง) มุมมองที่ไม่เหมือนใครก่อตั้งขึ้นในปี 2533
และมีฐานลูกค้า R&D ระหว่างประเทศที่ใช้สเปกโตรมิเตอร์เพื่อระบุลักษณะของวัสดุนาโนทุกประเภท การใช้งานหลัก ได้แก่ วัสดุ 2 มิติ ฟิล์มบางอินทรีย์สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เซลล์แสงอาทิตย์ขั้นสูง และฟิล์มบางแม่เหล็ก (สำหรับการใช้งานแบบสปินโทรนิกและตัวนำยิ่งยวด) ในแต่ละกรณี
รับประกันความเข้ากันได้กับระบบการสะสมฟิล์มบางแบบสุญญากาศเกือบทุกชนิด ประธานและหัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของ OCI อธิบาย “ในขณะนี้ การใช้เครื่องมือวิทยาศาสตร์พื้นผิวเพื่อประเมินการแพร่กระจายของลิเธียมในวัสดุกักเก็บพลังงานถือเป็นความพยายามพิสูจน์หลักการของเรา”
เขาเสริมว่า
เป้าหมายคือการใช้ข้อมูลการทดลองในโลกแห่งความเป็นจริงเพื่อให้ความรู้แก่ลูกค้าที่คาดหวังและลูกค้าปัจจุบันเกี่ยวกับยูทิลิตี้ สำหรับโปรแกรม R&D แบตเตอรี่ของพวกเขา และในกระบวนการนี้ จะเป็นการเปิดโอกาสทางการค้าใหม่ๆ สำหรับ OCI “เราต้องการแสดงให้ผู้ผลิตแบตเตอรี่
ซึ่งทั้งหมดนี้มีความสำคัญเนื่องจากการค้นหาอย่างไม่หยุดยั้งของอุตสาหกรรมแบตเตอรี่สำหรับวัสดุอิเล็กโทรดที่เป็นนวัตกรรมใหม่ที่สามารถสะสมลิเธียมไอออนในโครงสร้างผลึกได้มากขึ้น ในขณะเดียวกันก็มั่นใจได้ถึงการเคลื่อนที่ของลิเธียมไอออนในระดับสูง การวนรอบการชาร์จที่เสถียร
และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น “แน่นอนว่า เทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ใช้ลิเธียมไอออนเป็นความสำเร็จที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว แต่ก็ยังมีปัญหาด้านประสิทธิภาพพื้นฐานที่ต้องแก้ไข” ปัญหาเหล่านี้รวมถึงความหนาแน่นของพลังงานต่ำ การเสื่อมสภาพของความจุ และการเติบโตของเดนไดรต์
(โครงสร้างลิเธียมที่มีลักษณะคล้ายต้นไม้ซึ่งอาจนำไปสู่ความเสียหายร้ายแรงของแบตเตอรี่) “การใช้ จะเปิดขีดความสามารถในการวิเคราะห์ที่กว้างขึ้น เพื่อระบุลักษณะของวัสดุแบตเตอรี่รุ่นต่อไปได้ดียิ่งขึ้น” เขากล่าวเสริม และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาเครื่องทดสอบการแพร่กระจายของลิเธียม
การขนส่งลิเธียมในวัสดุแบตเตอรี่และส่วนประกอบย่อยเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ควบคุมประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งานของอุปกรณ์ เพื่อให้ทราบถึงวัฏจักรนวัตกรรมผลิตภัณฑ์ ดังนั้น จึงเป็นคำแนะนำสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการศึกษาพื้นฐานของการแพร่กระจายลิเธียมในสถานะของแข็ง
(หมายถึงกระบวนการของการโยกย้ายอะตอมของลิเธียม/ไอออนภายใต้การไล่ระดับความเข้มข้นและเปิดใช้งานโดยพลังงานความร้อนจากการสั่นสะเทือนของอะตอมของโครงสร้างโฮสต์ที่ อุณหภูมิห้อง).
การทำความเข้าใจกระบวนการแพร่ลิเธียมแบบพาสซีฟยังช่วยให้เข้าใจกระบวนการแพร่แบบแอคทีฟ
ที่เป็นหัวใจ
ของแบตเตอรี่ที่ใช้ลิเธียมได้ดีขึ้น (ในที่ที่มีศักย์ไฟฟ้าที่ใช้อยู่) โดยพื้นฐานแล้ว คาดว่าวัสดุที่มีคุณสมบัติการแพร่กระจายของลิเธียมแบบพาสซีฟที่ดีจะแสดงพฤติกรรมการแพร่กระจายที่น่าดึงดูดใจภายใต้อิทธิพลของศักยภาพภายนอก ในบริบทนี้ เครื่องทดสอบการแพร่ลิเธียมแบบดูอัลโมดิลิตี
มอบโอกาสพิเศษในการสังเกตการเคลื่อนที่อย่างอิสระของลิเธียมอะตอม/ไอออนในตัวอย่างที่เป็นของแข็ง และทำให้เข้าใจกระบวนการแพร่ได้ง่ายขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของโครงสร้างแบบผลึกเดี่ยว ซึ่งกระบวนการแพร่ของลิเธียมได้รับการส่งเสริมโดยสิ่งของคั่นระหว่างหน้า
ตำแหน่งที่ว่าง และความคลาดเคลื่อนภายในโครงตาข่ายที่ปราศจากขอบเขตของเกรน “แนวทางของเราช่วยให้เราสามารถจัดหมวดหมู่วัสดุที่น่าสนใจสำหรับการแพร่กระจายของลิเธียมโดยพิจารณาจากส่วนประกอบโครงตาข่ายบริสุทธิ์” Ociepa อธิบาย “สภาวะที่จำกัดการแพร่กระจายของลิเธียม
เช่น การเกิดออกซิเดชันของลิเธียมและการมีอยู่ของขอบเกรน สามารถตรวจสอบได้โดยคัดเลือกและเป็นอิสระจากปัจจัยอื่นๆ” ในการศึกษาจนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ของ OCI ได้จำแนกวัสดุสามประเภทเทียบกับความสามารถในการแพร่กระจายของลิเธียม “ธรรมชาติ”:
วัสดุที่แสดงการแพร่กระจายของโครงตาข่ายอย่างรวดเร็วและไม่มีผลกระทบต่อลำดับโครงสร้างระยะยาว (เช่น กราไฟต์ไพโรไลติก); การแพร่กระจายของลิเธียมในระดับปานกลางและผลกระทบบางอย่างต่อลำดับระยะยาว (เช่น ซิลิกอนคาร์ไบด์ เพชรสังเคราะห์ ลิเธียมไนโอเบต และไททาเนียมไดออกไซด์)
