ฟิลด์ที่เกิดขึ้นใหม่นี้ยังคงมีอุปสรรค: รังสีเอกซ์พลังงานสูงหรือลำแสงอิเล็กตรอนที่ใช้โดยเครื่องมือเหล่านี้อาจรบกวนการทำงานของแบตเตอรี่ และโดยทั่วไปแล้วขนาดตัวอย่างจะถูกจำกัดเนื่องจากต้องพอดีกับพื้นที่เครื่องมือที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก แม้จะมีความท้าทายทางเทคนิค เครื่องมือเหล่านี้สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญแก่เราเกี่ยวกับข้อจำกัดในปัจจุบันของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ เพื่อให้เข้าใจว่าเรามองการทำงานของแบตเตอรี่อย่างไร สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจส่วนต่างๆ ของแบตเตอรี่ก่อน
ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแต่ละก้อนมีขั้วไฟฟ้าบวก
และขั้วลบ และอิเล็กโทรไลต์ที่แยกออกจากกัน อิเล็กโทรไลต์นี้โดยทั่วไปเป็นส่วนผสมของสารเคมีเหลว ช่วยให้ประจุไฟฟ้า (ในรูปของลิเธียมไอออน) ไหลได้ ลิเธียมไอออนจะแพร่ผ่านอิเล็กโทรไลต์ระหว่างอิเล็กโทรด ขึ้นอยู่กับว่าเซลล์นั้นถูกชาร์จหรือคายประจุ
เมื่อถ่ายภาพแบตเตอรี่ที่กำลังทำงานอยู่ เป็นไปได้ที่จะเห็นกระบวนการระดับนาโนเหล่านี้และระบุปัญหาของวัสดุที่ใช้ ในห้องปฏิบัติการมักใช้แบตเตอรี่เซลล์แบบเหรียญ ในการทดสอบ
สามารถใช้เครื่องมือหลายชนิดในการดูแบตเตอรี่ด้วยวิธีนี้ แต่เทคนิคเอ็กซเรย์และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมีแนวโน้มที่ดีเป็นพิเศษ
เพื่อให้นักวิจัยสามารถมองเห็นสิ่งที่อยู่ภายในแบตเตอรี่ ลำแสงสร้างภาพ ไม่ว่าจะเป็นแสง เอ็กซ์เรย์ หรือลำแสงอิเล็กตรอน จะต้องผ่านตัวอย่าง ลองนึกถึงแสงที่กระทบผนังแทนที่จะเป็นหน้าต่าง: หากแบตเตอรี่หนาเกินไป ลำแสงเอกซ์เรย์หรืออิเล็กตรอนจะไม่สามารถทะลุผ่านได้
รังสีเอกซ์ในห้องปฏิบัติการทั่วไปมีพลังงานและความเข้มต่ำ ดังนั้นจึงไม่สามารถเจาะลึกเข้าไปในวัสดุได้ อย่างไรก็ตาม ลำแสงเอ็กซ์เรย์จากซินโครตรอนมีพลังงานที่สูงกว่ามากและช่วยให้ทะลุทะลวงได้ลึกกว่า
อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วซินโครตรอนเป็นสิ่งอำนวยความสะดวกขนาดใหญ่มากที่ใช้งานและเข้าถึงได้ยาก
เครื่องมือทั่วไปคือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM ) TEM เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนแทนลำแสง ซึ่งแตกต่างจากกล้องจุลทรรศน์ทั่วไป ลำแสง อิเล็กตรอนสามารถขยายได้มากกว่าหนึ่งล้านเท่า อย่างไรก็ตาม หากลำแสงอิเล็กตรอนผ่านอากาศ มันจะกระจายออกไปอย่างมากและคุณจะไม่สามารถมองเห็นอะไรเลย ด้วยเหตุนี้ การทำงานของ TEM
จึงต้องการสุญญากาศที่สูงมากซึ่งช่วยให้ลำแสงอิเล็กตรอนผ่านไปได้ง่าย
น่าเสียดายที่สิ่งนี้นำเสนอความท้าทายอีกอย่างสำหรับนักวิจัย: สุญญากาศทำให้การรวมอิเล็กโทรไลต์เหลว (มีอยู่ในแบตเตอรี่มาตรฐานจำนวนมาก) เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากของเหลวอาจระเหยได้
เมื่อเร็ว ๆ นี้ตัวยึด TEM แบบใหม่ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้วัสดุของแบตเตอรี่และอิเล็กโทรไลต์เหลวถูกห่อหุ้มไว้ระหว่างหน้าต่างโปร่งใสของอิเล็กตรอน 2 บาน รวมถึงกระแสที่ไหลผ่านวัสดุของแบตเตอรี่
ทำให้สามารถสร้างภาพที่มีกำลังขยายสูงมากขณะใช้งานแบตเตอรี่ สิ่งที่สำคัญเป็นพิเศษคือเงื่อนไขที่ช่วยให้การเจริญเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์
ลิเธียมเดนไดรต์เป็นโครงสร้างคล้ายต้นไม้ขนาดเล็กที่สามารถเติบโตจากขั้วไฟฟ้าลิเธียม ซึ่งอาจทำให้เซลล์ลัดวงจรได้ กระบวนการนี้อาจทำให้เกิดไฟไหม้แบตเตอรี่ได้และปัญหานี้ขัดขวางการใช้อิเล็กโทรดลิเธียมอันทรงพลัง
การเสื่อมสภาพยังสามารถเกิดขึ้นได้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนผ่านความเครียดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงปริมาณมาก เนื่องจากลิเธียมไอออนถูกดูดซับและปล่อยออกมา ส่วนประกอบของอิเล็กโทรดที่ละลายในอิเล็กโทรไลต์ และปัญหาการกัดกร่อนในระยะยาว
ปัญหาเหล่านี้เป็นที่เข้าใจกันเพียงเล็กน้อยในปัจจุบัน แต่การถ่ายภาพระดับนาโนจะช่วยเราปรับปรุงการออกแบบแบตเตอรี่
วิสัยทัศน์ของเราคือการทำให้ง่ายต่อการสังเกตระบบแบตเตอรี่ใหม่ภายใต้สภาวะการทำงานที่แตกต่างกัน วิธีนี้ทำให้เราเข้าใจความท้าทายที่ทำให้ระบบแบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนาน
พืชบกดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศมากกว่า 30 ปีที่แล้วถึง 17% งานวิจัยของเราที่เผยแพร่ในวันนี้แสดงให้เห็น การศึกษาของเรายังแสดงให้เห็นว่าพืชแทบจะไม่ใช้น้ำเพิ่มเติมเลย ซึ่งบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงของโลกทำให้พืชในโลกเติบโตอย่างมีประสิทธิภาพในการใช้น้ำมากขึ้น
น้ำเป็นทรัพยากร ที่มีค่าที่สุดที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช และการวิจัยของเราชี้ให้เห็นว่าพืชใช้น้ำได้ดีขึ้นมากในโลกที่ระดับ CO₂ เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
อัตราส่วนของการดูดซึมคาร์บอนต่อการสูญเสียน้ำโดยระบบนิเวศคือสิ่งที่เราเรียกว่า “ประสิทธิภาพการใช้น้ำ” และเป็นหนึ่งในตัวแปรที่สำคัญที่สุดในการศึกษาระบบนิเวศเหล่านี้
การยืนยันของเราเกี่ยวกับแนวโน้มการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำทั่วโลกถือเป็นข่าวดีที่หาได้ยากเมื่อพูดถึงผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมโลก จะช่วยเสริมสร้างบทบาทที่สำคัญของพืชในฐานะแหล่งกักเก็บคาร์บอนทั่วโลก ปรับปรุงการผลิตอาหาร และอาจเพิ่มปริมาณน้ำเพื่อความเป็นอยู่ที่ดีของสังคมและโลกธรรมชาติ
แนะนำ น้ำเต้าปูปลา
