افزایش 6 برابری ظرفیت باتری های یون لیتیم
به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری ریاست جمهوری،باتری های یون لیتیم به کرات در تلفن های هوشمند، لپ تاپ ها و ادوات الکترونیکی استفاده می شود؛ با این حال خودروهای الکتریکی نمی توانند از این فناوری استفاده کنند که دلیل این امر آن است که الکترود گرافیت در این باتری ها تنها مقدار کمی لیتیم را جذب می کنند در نتیجه ظرفیت این باتری ها محدود می شود.
سیلیکون توده ای ماده مناسبی برای جایگزینی گرافیت است و توجه بسیاری از پژوهشگران به این فناوری جلب شده است. هر چند سیلیکون مقدار زیادی یون لیتیم را جذب می کند اما مهاجرت این یون ها به داخل سیلیکون موجب بهم خوردن ساختار بلوری این ماده می شود که در اصطلاح، متورم شدن سیلیکون گفته می شود.تورم سه برابری سیلیکون موجب فشار مکانیکی زیادی روی آن می شود.
اخیرا یک گروه تحقیقاتی از موسسه آلمانی HZB موفق به مشاهده مستقیم نیم سل سیلیکون لیتیم در طول فرآیند شارژ/دشارژ شدند. بئاتریکس کاملیا از محققان این پروژه می گوید: ما می توانیم جذب یون های لیتیم را در الکترود سیلیکونی با دقت بالایی مشاهده کنیم. این کار با روش انعکاس سنجی نوترونی انجام شد.
لایه دارای لیتیم، ضخامتی در حد 20 نانومتر دارد. این گروه تحقیقاتی ، 2 نقطه مختلف را روی این الکترود مورد بررسی قرار دادند. نزدیک مرز الکترولیت، این لایه 20 نانومتری دارای مقدار زیادی لیتیم است به طوری که به ازای هر 10 اتم سیلیکون، 25 اتم لیتیم وجود دارد. در لایه دوم، تنها به ازای 10 اتم سیلیکون، تنها یک اتم لیتیم وجود دارد. این 2 لایه روی هم، ضخامتی کمتر از 100 نانومتر دارند.
بعد از دشارژ شدن، تنها یک یون لیتیم به ازای هر اتم سیلیکون در الکترود باقی می ماند. محققان با محاسبات نظری نشان دادند که ظرفیت بیشینه این سه نوع باتری سیلیکون لیتیم در حدود 2 هزار و 300 میلی آمپر ساعت/ گرم است. این رقم، 6 برابر بیشتر از ظرفیت باتری های یون لیتیم رایج است که دارای الکترودی از جنس گرافیت است.
