روشی نو برای دوام طولانی و سرعت بی نظیر شارژ باتری ها
به گزارش سیناپرس، در یک تحقیق بین المللی جدید با هدایت محققان ژاپنی، نوع جدیدی از الکترودها برای باتری های قابل شارژ ابداع شده است که محدودیت های انواع قبلی مبتنی بر ماده لیتیوم یون معمولی را نداشته و قابلییت های فوق العاده ای را از خود نشان می دهند.
امروزه، خودروهای برقی به دلیل سازگاری بهتر با محیط زیست، به طور گسترده ای به عنوان بهترین گزینه برای جایگزینی خودروهای معمولی در نظر گرفته می شوند. با این حال، چنین خودروهایی، عمدتا به باتری‌های موسوم به لیتیوم یون معمولی متکی هستند که در حال حاضر عملکرد و دوام لازم را با قیمتی مناسب ارائه نمی‌دهند.
پژوهشگرانی که در این خصوص دنبال جایگزین های مناسب می گردند، مدتی است که باتری‌های حالت جامد یا SSB را در چند سال گذشته معرفی کرده اند. به گزارش سیناپرس، این باتری ها که توجه زیادی را به خود جلب کرده اند، به طور کامل از مواد جامد ساخته شده اند. این در حالی است که باتری های لیتیوم یون معمولی، حاوی یک الکترولیت مایع هستند که در آن، یون های لیتیوم در طول فرآیند شارژ و تخلیه، جریان پیدا می کنند.
باتری های SSB ها علاوه بر آن که سرعت شارژ بالایی دارند، بهبود گسترده ای را نیز در ایمنی عملیاتی از خود نشان می دهند، زیرا در هنگام صدمه و سوراخ شدن، برخلاف باتری های لیتیوم یونی معمولی، هیچ گونه مایع سمی را در محیط پس نمی دهند.
اما این باتری ها علیرغم مزیات ذکرشده، یک مشکل حل نشده داشته اند که دوام آن ها را به طور جدی محدود می کرده است. هنگامی که یون های لیتیوم وارد الکترودهای این باتری می شوند یا از آن ها خارج می گردند، ساختار کریستالی ماده آن ها تغییر کرده و باعث می شود الکترودها، منبسط یا منقبض شوند.به گزارش سیناپرس، این تغییرات مکرر حجم، به رابط بین الکترودها و الکترولیت جامد آسیب می رساند و باعث تغییرات غیرقابل برگشت در شیمی کریستالی الکترودها می شوند.
برای حل این معضل، تیمی از دانشمندان بین الملل به سرپرستی دانشگاه ملی یوکوهامای ژاپن، نوع جدیدی از مواد الکترود مثبت را با پایداری بی‌سابقه در باتری های SSB بررسی کرده اند.
ماده ای که این تیم تحقیقاتی روی آن متمرکز شده است، موسوم به Li8/7Ti2/7V4/7O2 یک سیستم دوتایی متشکل از بخش های بهینه لیتیوم تیتانات (Li2TiO3) و لیتیوم وانادیم دی اکسید (LiVO2) است. این ماده به لطف مقادیر بالای یون لیتیوم که می تواند به طور برگشت پذیر در طی فرآیند شارژ/تخلیه در الکترود وارد و خارج شود، ظرفیت بالایی را از خود ارائه می دهد.
درواقع، ماده الکترودی فوق برخلاف سایر مواد به کار رفته شده در الکترودهای مثبت، دارای این خاصیت متمایز است که هنگام شارژ و تخلیه کامل، حجم خود را حفظ می کند.
به گفته مجریان این تحقیق، وقتی انقباض و انبساط در الکترود به خوبی متعادل شوند، پایداری ابعادی در حین شارژ یا دشارژ شدن باتری، یعنی در حین چرخه ای که مرتبا تکرار می شود، حفظ می گردد.
آن ها می افزایند: ما پیش‌بینی می‌کنیم که با بهینه‌سازی بیشتر ترکیب شیمیایی الکترولیت فوق، به یک ماده واقعاً تغییرناپذیر از نظر ابعادی برسیم که حجم خود را به خوبی در چرخه الکتروشیمیایی اتفاق افتاده درون باتری ها حفظ می‌کند.
تیم تحقیقاتی فوق برای بررسی بیشتر این ماده جدید، الکترود مثبت ساخته شده از آن را در یک سلول کاملاً جامد و از طریق ترکیب آن با یک الکترولیت جامد مناسب و یک الکترود منفی آزمایش کرد. این سلول، ظرفیت قابل توجه 300 میلی آمپر بر ساعت را بدون تخریب در بیش از 400 چرخه شارژ/دشارژ به نمایش گذاشت که نشان از ظرفیت عملی بی نظیر آن دارد.
آن ها معتقدند: این یافته می تواند هزینه باتری ها را به شدت کاهش دهد و به دنبال آن، توسعه باتری های حالت جامد با کارایی بالا می تواند منجر به بهبود تولید وسایل نقلیه الکتریکی پیشرفته شده و مشکلات فعلی آن ها را برطرف نماید.
این محققان تاکید کرده اند که با چنین فناوری فوق العاده ای، می توان باتری های حالت جامد با عمر طولانی و با کارایی بالا ساخت که با تکیه بر آن ها می توان یک وسیله نقلیه الکتریکی را در کمتر از پنج دقیقه به طور کامل شارژ کرد.
به گزارش سیناپرس، این یافته های پژوهشی شگفت انگیز در نشریه علمی تراز اول جهان، Nature Materials منتشر شده اند.
مترجم:رها امیدوار
No tags for this post.
