اخبار داخلی دانش و فناوری پوشش جدیدی برای افزایش ایمنی و دوام باتری‌های لیتیومی

چهارشنبه 6 شهريور 1398

پوشش جدیدی برای افزایش ایمنی و دوام باتری‌های لیتیومی

پژوهشگران دانشگاه "استنفورد"، نوعی پوشش جدید ابداع کرده‌اند که می‌تواند ایمنی و دوام باتری‌های لیتیومی را افزایش دهد.

پژوهشگران، پوشش جدیدی ابداع کرده‌اند که می‌تواند به ایمنی و دوام باتری‌های سبک‌وزن لیتیوم- فلزی کمک کند و در نسل بعدی وسایل نقلیه الکتریکی به کار برود.
گروهی از پژوهشگران "دانشگاه استنفورد"(Stanford University) و "آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده اسلک"(SLAC) در آمریکا، پوششی ابداع کرده‌اند که می‌تواند برخی از نقص‌های باتری لیتیوم- فلزی را برطرف کند.
مشکل باتری‌های لیتیوم- فلزی این است که برآمدگی پیچک مانندی موسوم به "دندریت"(dendrite) در آنها شکل می‌گیرند. دندریت‌ها به مرور زمان می‌توانند لایه محافظ باتری را که پایانه‌های مثبت و منفی آن را از هم تفکیک می‌کند، سوراخ کنند. دندریت‌ها علاوه بر تخریب باتری، مدار کوتاهی را در مایع قابل اشتعال باتری به وجود می‌آورند.
"ژنان بائو"(Zhenan Bao)، استاد مهندسی شیمی دانشگاه استنفورد و از نویسندگان این پروژه گفت: دندریت‌ها موجب می‌شوند که نتوان از باتری‌های لیتیوم-یون در نسل آینده ابزار الکتریکی استفاده کرد.
باتری‌های لیتیوم-فلزی می‌توانند مانند باتری‌های لیتیوم- یون، حداقل تا یک سوم انرژی را در خود نگه دارند و به طور قابل توجهی سبک‌تر هستند زیرا برای ساخت پایانه مثبت آنها به جای گرافیت سنگین، از نوعی لیتیوم سبک وزن استفاده شده است. اگر اطمینان بیشتری نسبت به این باتری‌ها وجود داشته باشد، می‌توان از آنها در ابزار الکترونیکی قابل حمل از جمله نوت‌بوک یا تلفن همراه استفاده کرد اما کاربرد واقعی این باتری‌ها، در خودروها خواهد بود. بزرگترین مشکل در مورد وسایل نقلیه الکتریکی این است که باتری‌های آنها، حدود یک چهارم انرژی را به حمل خود اختصاص می‌دهند.
"دیوید مک‌کانیک"(David Mackanic)، دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه استنفورد و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: ظرفیت باتری‌های لیتیوم- یونی معمولی، تقریبا تا حد امکان گسترش یافته؛ در نتیجه، ابداع انواع جدیدی از باتری برای رسیدن به انرژی مورد نیاز برای ابزار الکترونیکی جدید، ضروری است.
پژوهشگران دانشگاه استنفورد، پوشش جدید خود را روی پایانه مثبت موسوم به "آند"(anode) یک باتری استاندارد لیتیوم- فلزی آزمایش کردند. آنها آنودهای پوشیده شده را با دیگر ترکیبات تجاری در دسترس ادغام کردند تا یک باتری کاملا موثر ابداع کنند. باتری‌ها پس از طی کردن 160 چرخه توانستند 85 درصد نیرویی که در چرخه نخست داشتند، انتقال دهند. سلول‌های باتری‌های لیتیوم- فلزی معمولی پس از طی کردن چند چرخه، حدود 30 درصد نیرو را منتقل می‌کنند و حتی اگر منفجر نشوند، بی‌استفاده خواهند بود.
این پوشش جدید با ایجاد شبکه‌ای از مولکول‌هایی که یون‌های لیتیوم را به الکترود انتقال می‌دهند، از شکل‌گیری دندریت‌ها پیشگیری می‌کند. همچنین از واکنش‌های شیمیایی ناخواسته‌ای که برای این باتری‌ها پیش می‌آید، جلوگیری می‌کند و رشد مواد شیمیایی روی آند که توانایی باتری را در انتقال نیرو به سرعت از بین می‌برد، کاهش می‌دهد.
این پوشش در آزمایش‌ها توانست طول عمر باتری را به شکل قابل توجهی افزایش دهد. "ژیائو یو"(Zhiao Yu)، دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه استنفورد و پژوهشگر این پروژه گفت: این پوشش جدید طوری طراحی شده که به باتری‌های لیتیوم- فلزی ثبات بدهد و امکان استفاده از آنها را در موارد گوناگون فراهم کند.
پژوهشگران در حال حاضر سعی دارند طراحی این پوشش جدید را اصلاح کنند تا ظرفیت نگه‌داری و آزمایش آن در چرخه‌های بیشتر افزایش یابد.
"یی کویی"(Yi Cui)، از پژوهشگران این پروژه گفت: از آنجا که هدف نهایی ما، به کار بردن این پوشش در وسایل نقلیه الکتریکی است، تجاری‌سازی آن احتمالا با تجهیزات الکترونیکی آغاز می‌شود تا ایمنی باتری را مشخص کند. این پژوهش، در مجله "Joule" به چاپ رسید.