سوئیچ چینی با طراحی جدید عمر باتری لیتیومی را تا ۲۰۰۰۰ سیکل افزایش می‌دهد
پژوهشگران مؤسسه فناوری انرژی زیستی و بیوفراوری چین (QIBEBT) با تغییرات در کاتد برای باتری‌های لیتیومی حالت‌جامد (ASLB)، موفق به افزایش قابل‌توجه چگالی انرژی و چرخه عمر آن‌ها شده‌اند.
براساس بیانیه مطبوعاتی این سازمان، این تحقیق راه را برای نسل جدید باتری‌های با کارایی بالا هموار می‌کند.
در تلاش‌های ما برای دوری از سوخت‌های فسیلی و تبدیل به خودروهای الکتریکی، باتری‌ها جزء مهمی هستند. با اینکه باتری‌ها قرن‌هاست وجود دارند، اما تنها با باتری‌های لیتیوم-یونی توانسته‌ایم به بالاترین چگالی‌های انرژی دست یابیم.
در زمان که نیروگاه‌های خورشیدی و بادی با سرعت بالا در حال ساخت هستند و مشتریان مایل به استفاده از خودروهای الکتریکی هستند، فناوری باتری لیتیوم می‌تواnd به زودی به یک مانع برای تبدیل به روش‌های سبکتر تبدیل شود.
نواقص باتری‌های لیتیوم-یونی، مانند حساسیت به دماهای شدید و خطر آتش‌سوزی، به همراه چرخه عمر نسبتا کوتاه، محققان را به جستجوی بهبود فناوری باتری ترغیب کرده‌اند. باتری‌های حالت‌جامد در حال جایگزینی باتری‌های لیتیوم-یونی هستند اما با مشکلاتی در کاتد خود مواجه‌اند.
چالش با ASLB
کاتدها در ASLBها با استفاده از ترکیبات ناهمگن حاوی چندین افزودنی ساخته می‌شوند. این افزودنی‌ها الکتروشیمیایی غیر فعال هستند اما نقش مهمی در بهبود هدایت کاتد دارند.
با این حال، این افزودنی‌ها با کاتدهای اکسید لایه‌ای که در حین عملیات منبسط و منقبض می‌شوند، ناسازگار هستند. پژوهشگران در مرکز فناوری سیستم‌های انرژی حالت سخت (SERGY) در QIBEBT به بررسی راه‌های غلبه بر این مشکل پرداختند و راه‌حلی در استراتژی همگن‌سازی کاتد با استفاده از ماده‌ای با نام Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3 (LTG0.25PSSe0.2) یافتند .
این ماده دارای هدایت یونی و الکترونیکی مخلوط است و حمل بار کارآمد را در مراحل شارژ و دشارژ بدون نیاز به افزودنی‌های خاص به کاتد تسهیل می‌کند.
لانگفی، محقق در QIBEBT که در این تحقیق شرکت داشته است، گفت: «استراتژی همگن‌سازی کاتد ما، طراحی کاتد ناهمگن مرسوم را به چالش می‌کشد. با حذف نیاز به افزودنی‌های غیر فعال، چگالی انرژی را افزایش می‌دهیم و چرخه عمر باتری را تمدید می‌کنیم.
بهبود در ASLB
برای اثبات اینکه ماده عملکرد ASLBها را بهبود می‌بخشد، محققان آزمایش‌های گسترده‌ای بر روی باتری‌های ساخته شده با کاتد همگن انجام دادند.
در کارشان، تیم تحقیقاتی متوجه شد که باتری‌هایشان دارای ظرفیت خاص 250 میلی آمپر ساعت بر گرم بوده‌اند که در مقایسه با 100-200 میلی آمپر ساعت بر گرم در باتری‌های لیتیوم-یونی استاندارد است.
در سطح سلول، کاتد همگن چگالی انرژی بالا 390 وات ساعت بر کیلوگرم را در مقابل 200-300 وات ساعت بر کیلوگرم باتری‌های لیتیوم-یونی معمولی ارائه می‌دهد. به همراه ظرفیت‌های برتر، انتشار نشان داد که این کاتد تغییر حجم تنها 1.2 درصدی در 20000 سیکل عملیاتی در شرایط دمای اتاق داشته است.
ژانگ شو، محقق معتبر در SERGY که در این کار مشارکت داشته است، افزود: «این رویکرد یک بازی‌ساز برای ASLBها است. ترکیب چگالی انرژی بالا و چرخه عمر طولانی، امکانات جدیدی برای آینده ذخیره‌سازی انرژی باز می‌کند.
جالب توجه است که این فناوری می‌تواند برای دیگر انواع باتری‌هایی که با چالش‌های کاتد ناهمگن مواجه هستند، مانند باتری‌های لیتیوم-یونی، باتری‌های لیتیوم-سولفور، باتری‌های سدیم-یونی، و سلول‌های سوختی اعمال شود.
پروفسور و رئیس SERGY، کوی گوانگلی، در بیانیه‌ای مطلب کرد: «پتانسیل تجاری‌سازی برای ASLBهای با چگالی انرژی بالا اکنون دست‌یافتنی‌تر است. استراتژی جهانی ما برای طراحی کاتدهای همگن چند منظوره می‌تواند موانع انرژی، قدرت و دوام در ذخیره‌سازی انرژی را برطرف کند و راه را برای کاربردهای واقعی باز کند.
نتایج این تحقیق امروز در Nature Energy منتشر شد.
