باتری‌های جدید روی عمر 10 برابری و ایمنی بالاتری نسبت به دستگاه‌های انرژی لیتیومی دارند

محققان چالش‌های عمده‌ای را در زمینه توسعه باتری‌های آبی بدون خطر آتش‌سوزی که از آب به عنوان الکترولیت استفاده می‌کنند، حل کرده‌اند. تکنولوژی تولید الکترود جدید آن‌ها به طور مؤثری تشکیل دندریت‌ها در باتری‌های آبی روی را کنترل می‌کند.

این روش جدید که توسط پژوهشگران موسسه تحقیقاتی انرژی کره (KIER) توسعه یافته است، باتری‌های روی را در مقایسه با باتری‌های لیتیوم-یونی که از الکترولیت‌های مایع قابل احتراق استفاده می‌کنند، سازگارتر با محیط زیست می‌سازد.

علاوه بر این، از آنجا که باتری‌های آبی روی از دو الکترون به ازای هر یون استفاده می‌کنند، تئوری، ظرفیت آن‌ها می‌تواند بیش از دو برابر باتری‌های لیتیوم-یونی باشد که از یک الکترون به ازای هر یون استفاده می‌کنند، بر اساس نظر محققان.

راه‌حلی برای چالش تشکیل دندریت‌ها در باتری‌های فلزی

'اهمیت این تحقیق در این است که راه‌حلی برای چالش تشکیل دندریت‌ها در باتری‌های فلزی مانند باتری‌های آبی روی با استفاده از فرآیندها و مواد کم‌هزینه مانند اکسید مس ارائه می‌دهد، گفت دکتر جونگ-جه وو.

'هدف ما از طریق تحقیقات پیگیرانه، استانداردسازی و سیستماتیزه کردن الکترودهای توسعه یافته، به تجاری‌سازی باتری‌های آبی کمک کنیم.'

باتری‌هایی که با استفاده از تکنولوژی تیم تحقیقاتی ساخته شده‌اند، طول عمر بیش از ده برابر باتری‌های آبی روی متعارف را نشان دادند که پتانسیل تجاری‌سازی را افزایش می‌دهد.

باتری حتی بعد از ۳۰۰۰ چرخه ۸۰٪ از ظرفیت خود را حفظ می‌کند

در باتری‌های آبی روی متعارف، تشکیل دندریت‌ها باعث کاهش ظرفیت به کمتر از ۸۰٪ بعد از ۳۰۰ چرخه شارژ-تخلیه می‌شود. محققان تشکیل دندریت‌ها را سرکوب کرده و دریافتند که باتری حتی بعد از ۳۰۰۰ چرخه شارژ-تخلیه ۸۰٪ از ظرفیت خود را حفظ می‌کند.

تیم تحقیقاتی موفق به کنترل رسوب روی برای دست‌یابی به ظرفیتی در سطح جهانی معادل ۶۰ میلی‌آمپر ساعت بر سانتی‌متر مربع شدند. آن‌ها همچنین با انجام تست‌های عملکرد باتری گسترده که بیش از ۳۰۰۰ چرخه بود، دوام تکنولوژی را اثبات کرده و قابلیت آن را برای الکترودهای بزرگتر به مساحت ۶۴ سانتی‌متر مربع تأیید کردند.

در گذشته، روش اصلی برای سرکوب تشکیل دندریت‌ها شامل افزودن تسریع‌کننده‌هایی مانند مس برای تسریع رشد اولیه روی و هدایت رسوب یکنواخت بود. اما مشکلی که در این روش وجود داشت این بود که تشکیل دندریت‌ها با تکرار چرخه‌های شارژ و تخلیه باتری دوباره بازگشت می‌کرد.

الکترود منحصر به فرد نشان‌دهنده استقرار برجسته است

در پاسخ، تیم تحقیقاتی روشی برای کنترل تشکیل دندریت‌ها به صورت مرحله به مرحله با استفاده از اکسید مس ابداع کردند. مانند مس معمولی، اکسید مس رشد اولیه روی را ترویج داده و رسوب آن را هدایت می‌کند. علاوه بر این، اکسید مس ویژگی‌های بهینه‌ای برای رسانایی دارد تا روی به صورت یکنواخت‌تر رسوب کند و این امر به رسوب کارآمدتر نسبت به مس معمولی منجر می‌شود.

محققان از اکسید مس برای ترویج رسوب یکنواخت روی و کنترل تشکیل دندریت‌ها استفاده کردند. وقتی الکترودهایی که با استفاده از این روش ساخته شده بودند، در باتری‌ها استفاده شدند، نشان دادند که طول عمر آن‌ها بیش از ده برابر باتری‌های متعارف است.

این تحقیق که در Advanced Energy Materials منتشر شده، نشان داده که الکترود منحصر به فرد نشان‌دهنده استقرار برجسته‌ای است که برای ضخامت‌هایی تا ۱۲۰ میکرومتر بدون رشد دندریت‌ها در محیط‌های باز-پلاتینگ و با ظرفیت سطحی چشمگیر ۶۰ میلی‌آمپر ساعت بر سانتی‌متر مربع به طور مؤثر کنترل می‌کند.