یک شرکت مستقر در هلند اعلام کرده است که توانسته است تولید باتری‌های لیتیوم-یون با آندی ۱۰۰٪ سیلیکونی که قادر به تحویل ۵۰۰ چرخه شارژ-تخلیه بدون نیاز به فشار خارجی هستند را توسعه دهد و به تولید رسانده است.
کریستین رود، مدیر عامل شرکتی به نام LeydenJar گفت: "ما به این پیشرفت افتخار می‌کنیم و امکاناتی که برای آینده ذخیره‌سازی انرژی باز می‌کند، بسیار ارزشمند است."
این پیشرفت می‌تواند استفاده از آندهای سیلیکونی را در وسایل نقلیه الکتریکی (EV) و الکترونیک مصرفی تسریع کند و به چالشی که قبلاً مانع از این کار شده بود، پاسخ دهد.
آندهای سیلیکونی نسبت به آندهای گرافیتی معمولی امکانات زیادی دارند، عمدتاً به دلیل چگالی انرژی بسیار بالاتر آن‌ها.
سیلیکون باتری‌ها را تقویت می‌کند
سیلیکون می‌تواند تا ۱۰ برابر بیشتر از گرافیت، یون‌های لیتیوم ذخیره کند و می‌تواند به توسعه باتری‌های کوچک‌تر، سبک‌تر و با قابلیت تحویل قدرت بالاتر منجر شود.
در زمینه وسایل نقلیه الکتریکی، این مسئله به معنای افزایش محدوده رانندگی است که یک عامل کلیدی در پذیرش از سوی مصرف‌کننده است. برای الکترونیک مصرفی، این طول عمر بیشتر باتری و عملکرد بهبود یافته در دستگاه‌هایی مانند گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و گجت‌های پوشیدنی را نوید می‌دهد.
با این حال، اجرای وسیع آندهای سیلیکونی به‌علت چالش فنی عمده‌ای که وجود دارد، با مشکلاتی مواجه بوده است.
شرکت توضیح داد: "یکی از چالش‌های اصلی، تمایل سیلیکون به تورم در طول چرخه‌های شارژ-تخلیه بوده است. این تورم می‌تواند به اتاقک سل آسیب برساند و منجر به خرابی زودرس شود."
"برای مقابله با این مشکل، محققان در زمینه آندهای غالب سیلیکون معمولاً از گیره‌های سنگین برای اعمال فشار خارجی بالا به سلول‌ها در جریان عملیات استفاده می‌کنند تا از تمامیت ساختاری آند حفظ شود و از خرابی جلوگیری کنند."
اما این روش عملاً باعث شده که آندهای سیلیکونی به خصوص در کاربردهایی که محدودیت‌های اندازه و وزن اهمیت دارند، غیر کارآ باشد.
معماری متخلخل منحصر به فرد
مهندسان LeydenJar با توسعه آندی ۱۰۰٪ سیلیکونی با معماری متخلخل منحصر به فردی که تغییرات حجمی سیلیکون در حین چرخه‌های شارژ-تخلیه را به‌خوبی پذیرا است، این مانع را برطرف کرده‌اند. این امر از آسیب جلوگیری می‌کند و پایداری بلندمدت را تضمین می‌کند.
شرکت اضافه کرد: "با فناوری جدید آند سیلیکونی LeydenJar، نیاز به فشار خارجی برای اولین بار به‌کلی برطرف شده است."
آندهای سیلیکونی LeydenJar توانایی مقاومت در برابر ۵۰۰ چرخه شارژ-تخلیه بدون نیاز به فشار خارجی را نشان داده‌اند.
این آندها به شاخص‌های تعیین‌شده از سوی مشتری برای ۵۰۰ چرخه تا ۸۰٪ حفظ ظرفیت و ۷۰۰ چرخه تا ۷۰٪ حفظ ظرفیت دست یافته‌اند.
این دستاورد چشمگیر نتیجه تحقیق و نوآوری دقیق در طراحی و مهندسی ساختار و مورفولوژی آند سیلیکونی است.
کاربردهای بیشتر و توسعه‌های دیگر
حذف نیاز به فشار خارجی، فرصت‌های جدیدی برای ادغام آندهای سیلیکونی در انواع وسیعی از دستگاه‌ها باز می‌کند.
شرکت تأکید کرد: "با جایگزینی گرافیت با آندهای فوق‌العاده نازک ۱۰۰٪ سیلیکونی، فناوری LeydenJar می‌تواند چگالی انرژی باتری‌ها را تا ۵۰٪ افزایش دهد."
این به‌صورت مستقیم به معنای افزایش طول عمر باتری برای دستگاه‌های مصرفی است و به کاربران امکان می‌دهد استفاده بیشتری داشته باشند بدون نیاز به شارژ مکرر.
LeydenJar در حال همکاری فعال با تولیدکنندگان برجسته سلول‌های باتری و تولیدکنندگان تجهیزات اصلی (OEMs) است تا فناوری آند سیلیکونی خود را به محصولات آن‌ها ادغام کند.
شرکت نتیجه‌گیری می‌کند: "این شرکت در حال بررسی کاربردهای جدید در بخش‌های نوظهوری مانند وسایل نقلیه الکتریکی، ذخیره‌سازی انرژی و دستگاه‌های پوشیدنی است."
پیش‌تر، یک شرکت آمریکایی برنامه‌هایی برای تولید واحدهایی با آند ۱۰۰ درصد سیلیکونی بدون گرافیت رونمایی کرد.
علاوه بر این، یک شرکت مستقر در آمریکا به نام Amprius Technologies یک باتری جدید برای EV معرفی کرد که دارای آند سیلیکونی است و می‌تواند به ۹۰ درصد ظرفیت در ۱۵ دقیقه برسد.
