باتری لیتیوم-یونی خودترمیم که تا ۲۵۰ درصد کش آمده و در چین رونمایی شد
محققان دانشگاه جیلین در چین یک باتری لیتیوم-یونی کشسان و خودترمیمی توسعه داده‌اند که می‌تواند بدون افت ظرفیت عملیاتی تا ۲۵۰ درصد اندازه اصلی خود کشیده شود.
حتی زمانی که باتری قطع شد، می‌تواند ترمیم شده و زمانی که قطعات آن دوباره به هم متصل می‌شوند، به عملکرد خود ادامه دهد.
باتری‌های لیتیوم-یونی بالاترین چگالی انرژی را در بین هر تکنولوژی ذخیره‌سازی انرژی که تا به امروز ابداع شده ارائه می‌دهند. این به معنای محدوده بالاتر برای خودروهای برقی یا عمر باتری طولانی‌تر برای لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمند است در حالی که فضای کمتری نسبت به تکنولوژی‌های معمول مانند باتری‌های سرب-اسیدی اشغال می‌کند.
با این حال، با پیشرفت تکنولوژی، دستگاه‌هایی مانند ربات‌های نرم، پوشیدنی‌ها، و پوست الکترونیکی در حال توسعه هستند. برای یک تجربه کاربری بدون اختلال، این دستگاه‌ها نیاز به ذخیره‌سازی انرژی انعطاف‌پذیر دارند و محققان در طول چند سال گذشته با استفاده از شیمیای لیتیوم-یونی به توسعه این دستگاه‌ها مشغول بوده‌اند.
با این حال، با انعطاف‌پذیری، خطر شکستن اجزای داخلی سلول‌های باتری و ایجاد اتصال کوتاه نیز وجود دارد. برای اجتناب از این مورد، خودترمیمی یک ویژگی مهم است که باتری باید داشته باشد، به ویژه زمانی که کشسان باشند.
محققان دانشگاه جیلین از رویکردی نوآورانه برای دستیابی به این هدف استفاده کردند.
اتصال الکترولیت و الکترودها
تیمی به سرپرستی شیاکونگ لیو، استاد دانشگاه جیلین، باتری لیتیوم یونی خود را با استفاده از مولکول‌های بلند پلیمر که به هم با پیوندهای کربن و نیتروژن، معروف به پیوندهای ایمین متصل شده‌اند ساخته‌اند.
پلیمر می‌تواند هم به الکترودهای مثبت و هم به الکترودهای منفی باتری متصل شود و همچنین به عنوان الکترولیت عمل کند. سپس تیم یک باتری لیتیوم یونی کوچک با استفاده از فسفات آهن لیتیوم و تیتانات لیتیوم برای الکترودها ساختند.
با این کار، تیم باتری با پیکربندی 'همه‌در-یک' توسعه داد که در آن الکترولیت و الکترودها در سطح تماس به هم متصل شدند. باتری حتی زمانی که کشیده شد یا حتی به نصف بریده شد و دوباره به هم پیوند داده شد، به ارائه نیرو ادامه داد.
عملکرد باتری چگونه بود؟
محققان در سراسر جهان در تلاشند تا باتری‌های کشسان و خودترمیم بسازند. با این حال، به گفته محققان، این باتری‌ها عموماً بسیار انعطاف‌پذیرتر بوده‌اند تا کشسان، و باتری‌های کشسان توانایی خودترمیمی ندارند.
در رویکرد خود، تیم لیو با کمک پلیمرهای کووالانسی دینامیک توانسته‌اند به موفقیتی دوگانه دست یابند. الکترولیت پلیمر دارای رسانایی یونی ۳.۶ × ۱۰−۴ S cm−1 در دمای اتاق و ظرفیت کشیدگی ۲۵۰ درصد است، که تیم در یک مقاله تحقیقاتی نوشتند.
تیم همچنین دریافتند که پلیمر بسیار مقاوم است و رسانایی یونی تحت تنش افزایش شدید نمی‌یابد.
باتری دارای توانایی خودترمیمی در دمای اتاق است. پس از برش و ترمیم، ظرفیت تخلیه متوسط ۱۲۶.۴ میلی‌آمپر ساعت بر گرم نشان داد و می‌توانست به طور پایدار یک لامپ LED روشن کند.
در حالی که این ممکن است به نظر مانند یک دستاورد جزئی به‌نظر برسد، اما مرحله‌ای برای کار بیشتر در این جهت و توسعه دستگاه‌های الکترونیکی کشسان و پوشیدنی در آینده فراهم می‌کند.
نتایج تحقیقات در مجله مواد سوپرامولکولی منتشر شد.
