باتری‌های لیتیوم-سولفور در خودروهای برقی با روش SMU توسط انرژی بالاتر دوام بیشتری دارند
دانگ‌های وانگ، مهندس مکانیک در SMU و تیم تحقیقاتی‌اش در حال کار بر روی بهبود کارایی باتری‌های لیتیوم-سولفور هستند که هنوز به پتانسیل کامل خود به عنوان باتری‌های بازیافتی برای خودروهای برقی و دستگاه‌های دیگر نرسیده‌اند.
آنها راهی یافته‌اند تا عمر مفید این باتری‌های Li-S را افزایش دهند و سطح انرژی آنها را در مقایسه با باتری‌های تجدیدپذیر فعلی افزایش دهند.
تیم به مسئله‌ی معمول در باتری‌های Li-S به نام حل شدن پلی‌سولفید پرداخته است که با گذشت زمان رخ می‌دهد و عمر باتری را کاهش می‌دهد. روش آنها کمک می‌کند تا این مشکل به حداقل برسد که به راه‌حل‌های باتری بادوام‌تر منجر می‌شود.
پتانسیل ذخیره‌سازی انرژی قابل توجه در فناوری جدید باتری
وانگ همچنین پتانسیل این تحقیق برای تولید باتری‌های بادوام و با طول عمر بیشتر را برجسته کرد. کار او بر روی طراحی و سنتز مواد ساختاری نانو به عنوان مواد عملکردی، تکنولوژی‌های ذخیره‌سازی انرژی، از جمله باتری‌های لیتیوم-یون و پیشرفت‌های فراتر از فناوری لیتیوم-یون متمرکز است.
مطالعه‌ای که در مجله Nature Sustainability منتشر شده، این موضوع را نشان می‌دهد که کاتد شبکه پلیمری ترکیبی تازه توسعه یافته تیم اجازه می‌دهد تا باتری‌های لیتیوم-سولفور به ظرفیت‌هایی بیش از ۹۰۰ میلی‌آمپر ساعت بر گرم برسند، در مقایسه با ۱۵۰-۲۵۰ میلی‌آمپر ساعت بر گرم که در باتری‌های لیتیوم-یون معمولی یافت می‌شود. این پیشرفت به این معنی است که باتری‌های Li-S می‌توانند به مراتب بیشتر از انرژی الکتریکی ذخیره کنند.
علاوه بر این، کاتد جدید پایداری فوق‌العاده‌ای در چرخه‌زنی نشان می‌دهد، عملکردی که از باتری‌های لیتیوم-سولفور معمولی فراتر می‌رود. ظرفیت چرخه‌زنی به تعداد دفعه‌هایی که یک باتری می‌تواند شارژ و دشارژ شود قبل از اینکه کاهش قابل توجهی در ظرفیت تجربه کند، اشاره دارد. ظرفیت چرخه‌زنی بیشتر به معنای باتری با عمر طولانی‌تر است.
پیشرفتی ممکن علیرغم مشکلات موجود
باتری‌های لیتیوم-سولفور (Li-S) به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر نویدبخش در نظر گرفته می‌شوند زیرا از نظر هزینه به صرفه‌تر هستند و می‌توانند بیشتر از باتری‌های قابل شارژ یون-محور سنتی انرژی ذخیره کنند.
با این حال، چالشی قابل توجه در این باتری‌ها وجود دارد، زیرا جامعه باتری با دشواری‌هایی در مقابله با اثرات منفی حل شدن پلی‌سولفید مواجه شده است. همه باتری‌ها شامل یک پایانه مثبت و یک پایانه منفی هستند. یک واکنش شیمیایی بین این دو پایانه رخ می‌دهد که برق یا انرژی تولید می‌کند.
در باتری‌های لیتیوم-سولفور (Li-S)، کاتد سولفور-محور، که به عنوان الکترود مثبت شناخته می‌شود، با الکترود فلزی لیتیوم در نقش آند منفی جفت می‌شود. الکترولیت، ماده‌ای که اجازه حرکت یون‌ها بین این دو الکترود را می‌دهد، در میان قرار دارد. با این حال، سولفور ماده کامل برای یک الکترود نیست، زیرا می‌تواند به مشکلاتی مانند حل شدن پلی‌سولفید منجر شود که عملکرد باتری را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
وانگ و تیمش یک کاتد شبکه پلیمری ترکیبی را توسعه داده‌اند تا مشکل حل شدن پلی‌سولفید را در باتری‌های لیتیوم-سولفور برطرف کنند. هنگامی که یون‌های لیتیوم با سولفور در کاتد پیوند برقرار می‌کنند، مولکول‌های پلی‌سولفید محلولی را تشکیل می‌دهند که به الکترولیت حرکت می‌کنند، منجر به کاهش عملکرد کاتد و کاهش توانایی باتری در تحمل چرخه‌های شارژ متعدد می‌شود.
وانگ نتیجه‌گیری کرد: “این ترکیب اجازه می‌دهد تا زمان واقعی بازبند شدن و جذب هر گونه گونه سولفور جدا، بنابراین به طور مؤثری پلی‌سولفید حل‌شده را حذف کرده و عمر چرخه باتری را افزایش می‌دهد.”
