چینیها الکترولیت جدیدی برای باتریهای حالتجامد توسعه دادند/ حفظ ۸۴ درصد ظرفیت پس از ۳۵۰ چرخه شارژ
محققان چینی موفق به توسعه نوعی الکترولیت نوآورانه برای باتریهای حالتجامد شدهاند که میتواند یکی از مهمترین چالشهای این فناوری یعنی حفظ عملکرد بلندمدت بدون کاهش ایمنی و چگالی انرژی را برطرف کند.
به گزارش interestingengineering، این دستاورد توسط تیمی از پژوهشگران موسسه فیزیک شیمی دالیان وابسته به آکادمی علوم چین (CAS) حاصل شده است. آنها یک الکترولیت کامپوزیتی آلی-معدنی طراحی کردهاند که در آزمایشهای انجامشده امکان حفظ بیش از ۸۴ درصد ظرفیت اولیه باتری را پس از ۳۵۰ چرخه شارژ و تخلیه فراهم کرده است.
باتریهای حالتجامد به دلیل ایمنی بیشتر، چگالی انرژی بالاتر و قابلیت شارژ سریعتر بهعنوان نسل آینده باتریهای لیتیومیونی شناخته میشوند اما مشکلات فنی متعددی تاکنون مانع تجاریسازی گسترده آنها شده است.
حل یکی از بزرگترین مشکلات باتریهای حالتجامد
پژوهشگران برای ساخت این الکترولیت جدید از ترکیب پلیوینیلیدن فلوراید (PVDF) و لیتیوم اکسیکلرید (Li₃OCl) استفاده کردند.
یکی از مهمترین چالشهای باتریهای حالتجامد، کیفیت پایین تماس میان الکترولیت و الکترود است. این مشکل باعث کاهش سرعت حرکت یونهای لیتیوم، افت بازدهی و کاهش طول عمر باتری میشود.
تیم تحقیقاتی چین برای رفع این مشکل از لیتیوم اکسیکلرید بهعنوان عاملی برای ایجاد فرآیند بازسازی شیمیایی درجا (In-situ Chemical Reconstruction) در ساختار پلیمری بهره گرفت. این فرآیند موجب شکلگیری پیوندهای شیمیایی قویتر میان اجزای آلی و معدنی الکترولیت شده و در عین حال مسیرهای پیوستهای برای انتقال سریعتر یونهای لیتیوم ایجاد میکند. در نتیجه مادهای به دست آمده که انعطافپذیری مکانیکی الکترولیتهای پلیمری را با رسانایی یونی و پایداری بالای الکترولیتهای معدنی ترکیب میکند.
عملکرد امیدوارکننده در آزمایشهای آزمایشگاهی
نتایج آزمایشها نشان داد که الکترولیت جدید دارای رسانایی یونی ۲٫۷۳ × ۱۰⁻⁴ زیمنس بر سانتیمتر در دمای اتاق است. همچنین عدد انتقال یون لیتیوم (Lithium-ion Transference Number) آن به ۰٫۹۰ میرسد؛ به این معنا که بخش عمده انتقال بار الکتریکی از طریق یونهای لیتیوم انجام میشود و واکنشهای جانبی ناخواسته به حداقل میرسد.
این الکترولیت همچنین پنجره پایداری الکتروشیمیایی بیش از ۴٫۷۸ ولت را نشان داده و دارای مدول یانگ نزدیک به ۸۹۳ مگاپاسکال است که بیانگر استحکام مکانیکی بالا و مقاومت مناسب آن در ساختار باتری است.
مهمترین نتیجه آزمایشها به عملکرد چرخهای باتری مربوط میشود. پژوهشگران اعلام کردند سلولهای باتری حالتجامد مبتنی بر کاتد نیکل-کبالت-آلومینیوم (NCA) که به این الکترولیت مجهز شده بودند پس از ۳۵۰ چرخه شارژ و تخلیه با نرخ ۱C همچنان ۸۴٫۲ درصد ظرفیت اولیه خود را حفظ کردند. علاوه بر این سلولهای متقارن آزمایششده نیز توانستند بیش از ۲۵۰۰ ساعت عملکرد پایدار را بدون افت محسوس نشان دهند.
اهمیت باتریهای حالتجامد
در باتریهای لیتیومیونی رایج از الکترولیتهای مایع و قابل اشتعال استفاده میشود که در برخی شرایط میتوانند موجب افزایش دما، آتشسوزی یا پدیده فرار حرارتی شوند. در مقابل باتریهای حالتجامد از مواد جامد برای انتقال یونها استفاده میکنند که ایمنی بیشتری دارند و امکان ذخیره انرژی بیشتر در حجم کمتر را فراهم میکنند.
به همین دلیل بسیاری از خودروسازان و شرکتهای تولیدکننده باتری در سراسر جهان سرمایهگذاریهای گستردهای روی این فناوری انجام دادهاند. با این حال مشکلاتی نظیر رسانایی یونی پایین، تخریب تدریجی رابط الکترود و الکترولیت، پیچیدگی تولید و هزینههای بالا همچنان موانع اصلی تجاریسازی محسوب میشوند.
الکترولیت جدید توسعهیافته توسط محققان چینی تلاش میکند چندین مورد از این چالشها را بهطور همزمان برطرف کند بهویژه از طریق بهبود انتقال یونها و افزایش پایداری ساختاری باتری.
تجاریسازی همچنان زمانبر است
با وجود پیشرفتهای قابل توجه در آزمایشگاهها، کارشناسان معتقدند مسیر دستیابی به تولید انبوه باتریهای حالتجامد هنوز طولانی است.
برخی شرکتها و خودروسازان چینی از جمله دانگفنگ اعلام کردهاند که قصد دارند از سال ۲۰۲۶ تولید انبوه باتریهای حالتجامد را آغاز کنند. با این حال شرکت بزرگ تولید باتری CATL بارها تأکید کرده است که تجاریسازی گسترده این فناوری پیش از سال ۲۰۳۰ بعید به نظر میرسد، زیرا چالشهای مهندسی و تولیدی مهمی همچنان باقی ماندهاند.
اگرچه دستاورد جدید پژوهشگران موسسه فیزیک شیمی دالیان بهتنهایی جدول زمانی تجاریسازی را تغییر نمیدهد اما میتواند گامی مهم در رقابت جهانی برای توسعه نسل آینده باتریهای ایمنتر و پرظرفیتتر باشد.
انتهای پیام/
