بهبود عملکرد باتری های EV با تحقیقات جدید
قبلاً اعتقاد بر این بود که مکانیسم ذخیره یون های لیتیوم در مواد باتری برای هر ذره فعال یکنواخت است، اما تحقیقات کمبریج کشف کرد که ذخیره سازی لیتیوم در چرخه شارژ تخلیه یکنواخت است.
به گزارش سینا پرس فارس، محققان کشف کرده‌اند که عملکرد و ظرفیت مواد باتری نسل بعدی ممکن است با حرکت نامنظم یون‌های لیتیوم مختل شود. این تیم که توسط دانشگاه کمبریج رهبری می‌شد، جریان یون‌های لیتیوم را در زمان واقعی در داخل یک ماده جدید باتری مورد بررسی قرار دادند.
هنگامی که باتری به پایان چرخه تخلیه خود نزدیک می شود، سطوح ذرات فعال از لیتیوم اشباع می شود در حالی که هسته آنها کمبود لیتیوم دارد. این باعث کاهش ظرفیت و از دست دادن لیتیوم قابل استفاده مجدد می شود.
باتری‌های لیتیوم یونی به دلیل چگالی انرژی زیادی که دارند، انرژی اکثر خودروهای الکتریکی در حال حاضر در جاده‌ها را تامین می‌کنند. با این حال، با افزایش استفاده از EV، نیاز به برد بیشتر و زمان‌های شارژ سریع‌تر، بهبود مواد باتری موجود و همچنین کشف باتری‌های جدید را ضروری می‌کند.
برخی از امیدوارکننده ترین این مواد، مواد پیشرفته الکترود مثبت شناخته شده به عنوان اکسیدهای غنی از نیکل لیتیوم لایه ای هستند که به طور گسترده در خودروهای برقی ممتاز استفاده می شوند. با این حال، مکانیسم‌های کاری آنها، به‌ویژه انتقال لیتیوم یون تحت شرایط عملیاتی عملی، و چگونگی ارتباط این امر با عملکرد الکتروشیمیایی آنها، به طور کامل شناخته نشده است.
با ردیابی نحوه تعامل نور با ذرات فعال در حین کار باتری در زیر میکروسکوپ، محققان تفاوت های مشخصی را در ذخیره سازی لیتیوم در طول چرخه شارژ تخلیه در اکسید کبالت منگنز غنی از نیکل (NMC) مشاهده کردند.
آلیس مری ودر، از دپارتمان شیمی یوسف حمید کمبریج، گفت: «این اولین بار است که این عدم یکنواختی در ذخیره سازی لیتیوم به طور مستقیم در ذرات منفرد مشاهده می شود. «تکنیک‌های بی‌درنگ مانند تکنیک ما برای ثبت این موضوع در حالی که باتری در حال چرخش است ضروری است.»
با ترکیب مشاهدات تجربی با مدل‌سازی رایانه‌ای، محققان دریافتند که عدم یکنواختی از تغییرات شدید نرخ انتشار لیتیوم-یون در NMC در طول چرخه شارژ تخلیه سرچشمه می‌گیرد. به طور خاص، یون‌های لیتیوم به آرامی در ذرات NMC کاملاً لیتی شده منتشر می‌شوند، اما پس از استخراج مقداری یون لیتیوم از این ذرات، انتشار به طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد.
دکتر شرینیدی اس گفت: مدل ما، توزیع لیتیوم را به دقت پیش‌بینی کرد و میزان ناهمگونی مشاهده شده در آزمایش‌ها را به دست آورد. این پیش‌بینی‌ها برای درک سایر مکانیسم‌های تخریب باتری مانند شکستگی ذرات کلیدی هستند.
نکته مهم، ناهمگونی لیتیومی که در پایان تخلیه مشاهده می‌شود، دلیلی را ایجاد می‌کند که چرا مواد کاتدی غنی از نیکل معمولاً حدود ده درصد ظرفیت خود را پس از اولین چرخه شارژ-تخلیه از دست می‌دهند.
دکتر چائو ژو، از دانشگاه شانگهای، گفت: «این مهم است، با توجه به یک استاندارد صنعتی که برای تعیین اینکه آیا باتری باید بازنشسته شود یا نه، زمانی است که 20 درصد ظرفیت خود را از دست داده است، بسیار مهم است.
محققان اکنون به دنبال رویکردهای جدیدی برای افزایش چگالی انرژی عملی و طول عمر این مواد باتری امیدوارکننده هستند.
مترجم: فتانه حق پرست
منبع: scitechdaily
