جدیدتکنولوژی جدید در ساخت باتری‌های لیتیومی
استفاده از پوشش های جدید در ساخت باتری نسل جدید لیتیومی
پس از چندین دهه که باتری های لیتیومی با طول عمر کوتاه و آتش سوزی‌های مداوم در آزمایشگاه‌ها مشکل ساز می شدند؛ هم اکنون اخبار حاکی از آن است که دوباره می توان به یک باتری نسل جدید با قابلیت شارژ مجدد امیدوار بود! این یعنی درآمدی بیش از ۳۰ میلیارد دلار در سال برای شرکت های باتری سازی!
گروهی از محققان دانشگاه استنفورد اخیرا اعلام کرده اند که یک پوشش جدید می‌تواند باتری های لیتیوم فلزی سبک را ایمن و پایدار بسازد. آن ها معتقدند این اختراع می تواند نویدی برای توسعه‌ی نسل های بعدی وسایل نقلیه باشند. در تست های آزمایشگاهی، این پوشش بر برخی از نقایص باتری های یونی لیتیوم غلبه کرده و به طور قابل توجهی عمر باتری را افزایش داده است. به علاوه این پوشش جدید تا حد زیادی ساختارهای دندریتی فلز لیتیم را محدود می کند. ساختارهای دندریتی غالبا جداکننده‌ی قطب های مثبت و منفی باتری را سوراخ می کرده و سبب انفجار می شده است. علاوه بر این، ساختارهای دندریتی لیتیوم، یک جریان اتصال کوتاهی با مایع قابل اشتعال باتری نیز ایجاد می کردند تا با اطمینان بیشتری به اهداف خرابکارانه‌ی خود بپردازند!
“ژان بائو”، استاد مهندسی شیمی دانشگاه استنفورد و نویسنده ارشد این مقاله، به همراه “عی کوی”، استاد علوم و مهندسی مواد و علم فوتون در دانشگاه SLAC، در این باره گفته اند: «ما درباره‌ی اتفاقاتی مقدس برای باتری های لیتیومی صحبت می کنیم!»
تکنولوژی جدید باتری لیتیومی می‌تواند نیرویی حداقل یک سوم بیشتر از باتری های لیتیوم یونی سابق را ذخیره کند. این باتری نسل جدید به طور قابل توجهی سبک‌تر است، چرا که در آن از لیتیوم سبک برای پایانه‌ی بار مثبت به جای گرافیت سنگین تر استفاده شده است. دکتر “کوی” این نوید را داده که این باتری های پر خیر و برکت می‌توانند در رایانه‌های نوت بوک گرفته تا تلفن های همراه به کار گرفته شوند؛ البته که نفع واقعی برای اتوموبیل ها خواهد بود. نکته‌ی جالبی که درباره‌ی این وسایل نقیله این است که باتری این ماشین ها، در حدود یک چهارم انرژی خود را صرف حمل و نقل خود می‌کنند! گویی صدای فریاد این باتری ها شنیده می شود که ما را از وزن زیادمان نجات دهید!
نمونه ای از باتری خودروهای الکتریکی هیبریدی قابل اتصال به شبکه
“دیوید مکانیک” (مِکانیک نه، مَکانیک!) دانشجوی دکترای دانشگاه استنفورد و یکی از محققین ارشد این مطالعه، گفته است: «این تیم از استنفورد و SLAC در حال آزمایش انواع جدیدی از باتری ها هستند تا الزامات انرژی زیادی که وسایل نقلیه الکترونیکی مدرن تقاضا دارند را برآورده کنند.»
این تیم تحقیقاتی این پوشش جدید را روی قطب آند باتری لیتیومی، یعنی دقیقا جایی که دندریت ها رشد می کردند، آزمایش کرده اند. سپس آندهای جدید خود را در کنار سایر اجزا قرار داده اند تا یک باتری نسل جدید کاملا کاربردی ایجاد کنند. بعد از ۱۶۰ سیکل عملیاتی، باتری های فلزی لیتیوم هنوز ۸۵ درصد از نیرویی که در اولین چرخه خود داشتند را دارا بودند! این در حالیست که باتری های لیتیومی سابق، پس از در وضعیت مشابه حدود ۳۰ درصد بازده داشتند! (تازه اگر منفجر نمی شدند!)
دندریت‌های تشکیل شده روی آند باتری‌های لیتیومی
برویم سر اصل مطلب! این پوشش از چه ماده ای تشکیل شده است؟ این پوشش محبوب از تشکیل یک شبکه از مولکول های یون لیتیوم به وجود می آید و بلافاصله پس از تشکیل خود مانع تشکیل دندریت ها در آند می‌شود. (قبول دارم که انتظار پوششی با مواد پیچیده تر را داشتید! اما چه کنیم که مسائل همیشه همین قدر ساده حل می شوند…) این گروه تحقیقاتی، در ادامه‌ی روند پژوهش های خود در دانشگاه استنفورد، هم اکنون برای افزایش ظرفیت نگهداری و آزمایش تکنولوژی جدید باتری در چرخه های بیشتر، سعی دارند طراحی پوشش خود را بهبود ببخشند. این گروه معتقدند عملیات تجاری سازی این باتری ها پس از رد شدن از فیلترهای ایمنی به زودی آغاز خواهد شد.
Journal Reference:
Zhiao Yu, David G. Mackanic, Wesley Michaels, Minah Lee, Allen Pei, Dawei Feng, Qiuhong Zhang, Yuchi Tsao, Chibueze V. Amanchukwu, Xuzhou Yan, Hansen Wang, Shucheng Chen, Kai Liu, Jiheong Kang, Jian Qin, Yi Cui, Zhenan Bao. A Dynamic, Electrolyte-Blocking, and Single-Ion-Conductive Network for Stable Lithium-Metal Anodes. Joule, 2019; DOI: ۱۰٫۱۰۱۶/j.joule.2019.07.025
دیدگاه کاربران