اخبار تکنولوژیدانش

محققان روش جدیدی برای افزایش ظرفیت باتری لیتیومی پیدا کردند

یک تیم بین‌المللی از محققان موفق به کشف ماده‌ای شده که می‌تواند چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم یونی را بدون قربانی کردن طول عمر آن‌ها، افزایش دهد.

محققان به این موضوع پی برده‌اند که کریستال‌های «آنتیموان» می‌توانند در فرایند شارژ و تخلیه شارژ، به صورت خودبه‌خود و برگشت‌پذیر حفره‌های توخالی ایجاد کنند. این کریستال‌ها دانشمندان را قادر می‌سازند تا بدون مشکلات ایمنی، تراکم انرژی را در باتری‌‌ها افزایش دهند.

باتری‌های لیتیوم یونی با حرکت یون‌ها میان دو الکترود، کاتد با بار منفی و آند با بار مثبت قادر به تولید الکتریسیته هستند. این باتری‌ها با ساختار کنونی در حال رسیدن به پایان کار خود هستند. مشکلات مربوط به کاهش ابعاد آند و همچنین متورم شدن آن، تلاش‌ها برای افزایش چگالی باتری‌های لیتیوم یونی را با بن بست مواجه کرده چرا که با افزایش چگالی انرژی، طول عمر باتری کاهش پیدا می‌کند.

دانشمندان راه‌حل این مشکلات را در ذرات «پوسته-یولک» می‌بینند که به علت حفره‌های توخالی با امکان تغییر حجم در زمان شارژ و تخلیه شارژ و ارائه یک سطح بیرونی پایدار، توانایی چرخه شارژ را بهبود می‌دهند. از مدت‌ها پیش دانشمندان بدنبال تعویض فلزی آلیاژ ماده آند با این ذرات بوده‌اند، اما امکان ساخت آن‌ها به صورت مقرون به صرفه وجود ندارد.

«متیو مک داول»، استاد «موسسه فناوری جورجیا» و نویسنده مقاله جدید اعلام کرده:

«از مدت‌ها قبل مواد نانو توخالی مهندسی شده‌اند و یک روش امیدوارکننده برای دستیابی به طول عمر و پایداری بیشتر باتری‌ها با چگالی انرژی بالا محسوب می‌شود. مشکل اصلی این روش، قیمت بالای ترکیب کردن مستقیم این نانوساختارهای توخالی برای استفاده گسترده تجاری است. یافته ما قادر به ارائه فرایند ساده‌تری است که می‌تواند منجر به بهبود عملکرد به روشی مشابه با ساختارهای توخالی مهندسی شده شود.»

باتری‌های لیتیومی

در این مقاله از ذرات با ابعاد بسیار کوچک، هزار برابر کوچکتر از ضخامت موی انسان استفاده شده است. این نانوکریستال‌های آنتیموان که پوشش اکسیدی دارند، می‌توانند در چرخه شارژ بجای بزرگ و کوچک شدن، به صورت خودبه‌خود توخالی شوند.

محققان با استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی با وضوح بالا، موفق به مشاهده این رفتار در ذرات نانو در یک باتری آزمایشی کوچک شدند. این رفتار تنها در ذراتی با قطر کمتر از ۳۰ نانومتر رخ داده است. این فرایند از طریق لایه ارتجاعی اکسید که امکان گسترش مواد به عنوان جریان یون درون آند را فراهم می‌کند، انجام می‌شود البته بجای کوچک شدن، حفره ایجاد می‌کنند.

در حالی که چنین کشفی شگفت انگیز است، باید چندین چالش را پشت سر بگذارد. مشکل اصلی، قیمت بالای آنتیموان است که همین موضوع مانع از استفاده از آن در باتری‌های کنونی شده، البته دانشمندان امیدوارند با مواد ارزان‌تر مانند «قلع» نیز به چنین رفتاری دست پیدا کنند.

منبع: دیجیاتو

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *