مشکلي که در سنتز مواد مورد استفاده در باتري‌هاي با چگالي انرژي بالا وجود دارد، ماده بستر است. در طول فرايند سنتز، الگوي مورد استفاده در خودآرايي ذرات نانومقياس از هم گسيخته شده و خوشه‌هاي اکسيد فلزي نامنظمي توليد مي‌شوند. حال دانشمندان آزمايشگاه ملي پاسيفيک نورث وست (PNNL) روشي براي سالم نگهداشتن اين الگوها پيدا کرده‌اند. در اين کار تنها از يک نمک استفاده مي‌شود. باتري‌هاي با چگالي انرژي بالا نياز به ساختارهاي نانومقياس خاصي دارند و متأسفانه طراحي اين مواد به روش آزمون و خطا صورت مي‌گيرد. دانشمندان ترجيح مي‌دهند که بسترهاي سنتز را طراحي کرده، مواد اوليه را با يکديگر مخلوط کرده و اجازه دهند که فرايند خودآرايي به‌صورت خودبه‌خود صورت گيرد. مشکل اين است که بسترهاي توليد شده دوام زيادي ندارند. با استفاده از نتايج اين کار مي‌توان ذرات يکساني توليد کرده و سپس آنها را به شکل الکترودهاي باتري‌ها آرايش داد. ماريا سوشکو يکي از متخصصان مواد در PNNL مي‌گويد: «در اين تحقيق اطلاعات مورد نياز براي توليد مواد کاملاً منظم با کيفيت بسيار بالا که مي‌توانند به‌عنوان الکترود باتري‌هاي يون ليتيومي و همچنين در توليد نسل جديد باتري‌هاي ليتيوم-هوا به‌کار روند، فراهم شده است. محققان PNNL ابتدا روي پايداري خودآرايي نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم و اکسيدهاي فلزي ديگر بررسي‌هاي تئوريک انجام دادند. در اين کار از روش cDFT استفاده شد. آنها بستر مورد نظر را که از دو بخش تشکيل شده بود، مطالعه کردند. لايه اول و پايه‌اي اين بستر از گرافن رساناي منظم تشکيل مي‌شود و جزء دوم يک ماده فعال سطحي است. هر مولکول ماده فعال سطحي از دو بخش سر و دم تشکيل شده است. سر مولکول آبگريز بوده و به گرافن متصل مي‌شود. دم آن آبدوست است و با محلول حاوي اجزاي مورد نياز براي تشکيل نانوذرات اکسيد فلزي برهمکنش مي‌کند. اين ماده فعال سطحي برجستگي هاي کوچکي روي سطح گرافن ايجاد مي‌کند که به‌عنوان بستري براي رشد نانوذرات عمل مي‌کنند. سوشکو مي‌گويد: «اگر ماده فعال سطحي ساختار پايداري ايجاد نکند، کل ساختار از هم جدا مي‌شود». اين دانشمندان دريافتند که کليد توليد يک بستر پايدار، افزودن يک نمک، مخصوصاً يک نمک با کاتيون‌هاي دو ظرفيتي و آنيون‌هاي يک ظرفيتي است. سپس آنها از اين نتايج براي پيش‌بيني چگونگي رشد نانوذرات روي اين بستر بهره بردند. آنها دريافتند که اين ذرات در گودي بين برجستگي‌هاي نيم‌کروي رشد مي‌کنند. اگر رشد ذرات خارج از اين گودي صورت گيرد، برجستگي‌هاي بستر از بين رفته و هموار مي‌شود؛ در اين صورت ذرات به شکل بي‌نظم رشد کرده و خوشه‌هاي ذره‌اي را تشکيل مي‌دهند. جزئيات اين کار در Journal of Physical Chemistry B منتشر شده است. nano.ir
