Bərk vəziyyətdə olan akkumulyatorlar iki elektrod arasında ionları irəli və geri çəkərək yükü saxlayır və azad edir. Adi nöqteyi-nəzərimizdən, ionlar akkumulyatorun bərk elektrolitindən yumşaq axın kimi axır.

Ancaq atom miqyasında göründüyü zaman , bu hamar axın bir illüziyadır: ayrı-ayrı ionlar elektrolitin geniş atom qəfəsi daxilində bir açıq fəzadan digərinə qeyri-sabit bir şəkildə tullanır, sabit bir gərginliklə elektrod istiqamətində dürtülür. Bu mayalanmaları təxmin etmək çətindir və tetiklemek və aşkar etmək bir problemdir.

İndi bu cür ilk araşdırmada tədqiqatçılar hoppanan ionlara lazer işığının nəbzi ilə vuraraq onlara gərginlik verdilər. Təəccüblüdür ki, ionların əksəriyyəti qısa müddətə istiqaməti dəyişdirdi və adi, daha təsadüfi səyahətlərinə davam etməzdən əvvəl əvvəlki mövqelərinə qayıtdılar. Bu, ionların müəyyən mənada indicə harada olduqlarını xatırladıqlarının ilk göstəricisi idi.

Enerji Departamentinin SLAC Milli Sürətləndirici Laboratoriyasından, Stanford Universitetindən, Oksford Universitetindən və Nyukasl Universitetindən olan tədqiqat qrupu Nature jurnalının 24 yanvar sayında tapdıqlarını təsvir edib .

Elektron qarğıdalı nişastası

“Siz ionların qarğıdalı nişastası və suyun qarışığı kimi davrandığını düşünə bilərsiniz” dedi, Oksfordda doktorluqdan sonrakı tədqiqatçı Andrey D. Poletayev, SLAC-da postdok olarkən eksperimentə rəhbərlik etməyə kömək etdi. “Bu qarğıdalı nişastası qarışığını yumşaq bir şəkildə itələsək, maye kimi verir; ancaq onu yumruqlasaq, bərk olur. Batareyadakı ionlar elektron qarğıdalı nişastasına bənzəyir. Onlar geriyə doğru hərəkət edərək lazer işığının sarsıntısından güclü sarsıntıya müqavimət göstərirlər.”

İonların “qeyri-səlis yaddaşı”, Poletayevin dediyi kimi, saniyənin cəmi bir neçə milyardda biri qədər davam edir. Lakin onun mövcud olduğunu bilmək alimlərə ilk dəfə olaraq səyahət edən ionların bundan sonra nə edəcəyini proqnozlaşdırmağa kömək edəcək – bu, yeni materialların kəşfi və inkişafı üçün vacib bir məsələdir.

Sürət üçün nəzərdə tutulmuş elektrolit

Tədqiqatçılar SLAC-ın lazer laboratoriyasında apardıqları təcrübələr üçün beta-alüminium oksidləri adlanan materiallar ailəsindən bərk elektrolitin nazik, şəffaf kristallarından istifadə ediblər. Bu materiallar kəşf edilmiş ilk yüksək keçirici elektrolitlər idi. Onların tərkibində hoppanan ionların sürətlə hərəkət edə biləcəyi kiçik kanallar var və maye elektrolitlərdən daha təhlükəsiz olma üstünlüyü var. Beta-alüminium oksidləri bərk cisimli akkumulyatorlarda, natrium-kükürdlü akkumulyatorlarda və elektrokimyəvi elementlərdə istifadə olunur.

İonlar beta-alüminium oksidinin kanallarından keçərkən, tədqiqatçılar onları saniyənin trilyonda biri uzunluğunda olan lazer işığının impulsları ilə vurdular, sonra elektrolitdən çıxan işığı ölçdülər.

Lazer nəbzi ilə ölçmə arasındakı vaxtı dəyişdirərək, lazerin zərbəsindən sonra saniyənin bir neçə trilyonda birində ionların sürətinin və üstünlük verdiyi istiqamətin necə dəyişdiyini dəqiq müəyyən edə bildilər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=2793866484&adk=675901022&adf=1897700409&pi=t.ma~as.2793866484&w=540&fwrn=4&lmt=1711119221&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2024-02-battery-ions-theyve.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTIyLjAuNjI2MS4xMjkiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxMjIuMC42MjYxLjEyOSJdLFsiTm90KEE6QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyMi4wLjYyNjEuMTI5Il1dLDBd&dt=1711119221034&bpp=1&bdt=145&idt=121&shv=r20240320&mjsv=m202403190101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dd8c6cdc5123375cd%3AT%3D1709623025%3ART%3D1711119134%3AS%3DALNI_MY2ynj5TDpMXqOZBx7W90OihbbXuw&gpic=UID%3D00000d6971a748b6%3AT%3D1709623025%3ART%3D1711119134%3AS%3DALNI_MaTILJ6PYHOKRZlSvHcKJ4LkDsnLQ&eo_id_str=ID%3D34d5e14efb6a7c5d%3AT%3D1709623025%3ART%3D1711119134%3AS%3DAA-Afjbw5XrDrmZOIEp3UV8fgvCO&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=3828568285917&frm=20&pv=1&ga_vid=1833901760.1709623018&ga_sid=1711119221&ga_hid=1094094923&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2378&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C31082022%2C31082032%2C31082034%2C31082078%2C95320378%2C95326914%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=2638687746680338&tmod=1472757942&uas=0&nvt=3&ref=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fpage6.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=126

Qəribə və qeyri-adi

SLAC və Stenford Materiallar və Enerji Elmləri İnstitutunun (SIMES) tədqiqatçısı, tədqiqata rəhbərlik edən Stenford professoru Aaron Lindenberq, “İon atlama prosesində çoxlu qəribə və qeyri-adi şeylər baş verir” dedi.

“Biz elektroliti sarsıdan bir qüvvə tətbiq etdikdə , ion əksər materiallarda olduğu kimi dərhal reaksiya vermir” dedi. “İon bir müddət orada otura bilər, birdən tullana bilər, sonra yenidən xeyli otura bilər. Siz bir müddət gözləməli ola bilərsiniz və sonra birdən nəhəng yerdəyişmə baş verə bilər. Deməli, bu prosesdə bu təcrübələri edən təsadüfilik elementi var. çətin.”

Tədqiqatçılar indiyə qədər ionların səyahət yolunun klassik “təsadüfi gəzinti” olduğunu düşünürdülər: sərxoş bir insan kimi səkidə səndələyirlər, bir-birinə çırpılırlar, toqquşurlar və yıxılırlar, lakin nəhayət elə bir şəkildə hədəfə çata bilirlər. müşahidəçiyə qəsdən görünür. Yaxud insanlarla dolu otağa üfunətli sprey buraxan bir skunk düşünün; spreydəki molekullar təsadüfi olaraq bir-birinə çırpılır və toqquşur, lakin hamısı çox tez burnunuza çatır.

Söhbət hoppanan ionlara gəldikdə, “bu şəkil atom miqyasında səhvdir” dedi Poletayev, “ancaq bu, bu qənaətə gələn insanların günahı deyil. Sadəcə olaraq, tədqiqatçılar ionların daşınmasını araşdırıblar. Bu qədər uzun müddət makroskopik alətlər idi və onlar bu araşdırmada gördüklərimizi müşahidə edə bilmədilər.”

Onun sözlərinə görə, burada edilən atom miqyaslı kəşflər, “kompüterdə modelləşdirə biləcəyimiz atom hərəkətləri ilə materialın makroskopik performansı arasında körpü yaratmağa kömək edəcək ki, bu da tədqiqatlarımızı belə mürəkkəbləşdirdi”.

Ətraflı məlumat: Andrey D. Poletayev və digərləri, Qeyri-xətti optika tərəfindən araşdırılan ion keçiriciliyində yaddaşın davamlılığı, Təbiət (2024). DOI: 10.1038/s41586-023-06827-6SLAC Milli Sürətləndirici Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir