باتری سه‌لایه‌ای، انقلابی در ایمنی و دوام انرژی

یک تیم تحقیقاتی از مرکز فناوری انرژی و محیط‌زیست DGIST به سرپرستی کیم جه-هیون، موفق به توسعه یک باتری لیتیوم متال با استفاده از «الکترولیت جامد پلیمری سه‌لایه‌ای» شدند.

به نقل از ساینس دیلی، این نوآوری، علاوه بر افزایش طول عمر باتری، ایمنی در برابر آتش‌سوزی را به طور قابل‌توجهی بهبود می‌بخشد و راه‌حلی امیدوارکننده برای استفاده در خودرو‌های الکتریکی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی بزرگ‌مقیاس ارائه می‌دهد.

حل چالش‌های باتری‌های الکترولیت جامد پلیمری

باتری‌های الکترولیت جامد پلیمری معمولی به دلیل محدودیت‌های ساختاری، تماس بهینه میان الکترود‌ها را فراهم نمی‌کنند. این موضوع مشکل «دندریت‌ها» را که در طول چرخه‌های شارژ و تخلیه تشکیل می‌شوند، حل نمی‌کند. دندریت‌ها به‌عنوان ساختار‌های درخت‌مانند از لیتیوم، خطرات ایمنی جدی از جمله آسیب به اتصالات و وقوع آتش‌سوزی یا انفجار ایجاد می‌کنند.

ساختار سه‌لایه‌ای: راهکاری نوین

تیم تحقیقاتی برای رفع این مشکلات، یک ساختار سه‌لایه‌ای برای الکترولیت طراحی کرده‌اند که هر لایه وظیفه خاصی دارد و ایمنی و کارایی باتری را بهبود می‌بخشد. این الکترولیت شامل «دکابرومودی‌فنیل ایتان (DBDPE)» برای پیشگیری از آتش‌سوزی، «زئولیت» برای تقویت استحکام الکترولیت و «لیتیوم بیس (تری‌فلوئورومتان‌سولفونیل) ایمید (LiTFSI)» با غلظت بالا برای تسهیل حرکت سریع یون‌های لیتیوم است.

لایه میانی این الکترولیت به دلیل استحکام مکانیکی بالا، مقاومت باتری را افزایش می‌دهد، درحالی‌که سطح نرم خارجی آن تماس بهتر با الکترود‌ها و حرکت آسان‌تر یون‌های لیتیوم را امکان‌پذیر می‌کند. این ویژگی، سرعت انتقال انرژی را افزایش داده و از تشکیل دندریت‌ها جلوگیری می‌کند.

آزمایش‌ها نشان دادند که این باتری پس از ۱۰۰۰ چرخه شارژ و تخلیه، حدود ۸۷.۹ درصد عملکرد خود را حفظ می‌کند؛ درحالی‌که باتری‌های معمولی معمولاً ۷۰ تا ۸۰ درصد عملکرد را نگه می‌دارند. همچنین، این باتری قادر است در صورت وقوع آتش‌سوزی، خودبه‌خود خاموش شود و به طور قابل‌توجهی خطر آتش‌سوزی را کاهش دهد.

این فناوری جدید برای استفاده در حوزه‌های مختلف، از دستگاه‌های کوچک مانند تلفن‌های هوشمند و پوشیدنی‌ها گرفته تا خودرو‌های برقی و سیستم‌های ذخیره انرژی بزرگ‌مقیاس، قابل‌کاربرد است.

کیم اظهار داشت: «این پژوهش انتظار می‌رود سهم قابل‌توجهی در تجاری‌سازی باتری‌های لیتیوم متال با استفاده از الکترولیت‌های جامد پلیمری داشته باشد و ثبات و کارایی دستگاه‌های ذخیره انرژی را افزایش دهد.»

این پژوهش با حمایت پروژه کشف مواد آینده به سرپرستی لی جونگ-هو از دانشگاه هانیانگ و برنامه پژوهشگران میان‌رده به سرپرستی کیم جه-هیون و از سوی بنیاد ملی پژوهش کره انجام شده است.

انتهای پیام/