شارژ کمتر، قدرت بیشتر: فناوری باتری روی-برم به رکورد ۱۰٬۰۰۰ چرخه شارژ رسید
در یک پیشرفت چشمگیر برای فناوری ذخیره‌سازی انرژی، محققان الکترودی نوآورانه را توسعه داده‌اند که پدیده مضر خودتخلیه را در باتری‌های روی-برم بدون جریان (FLZBBs) به طور موثری کاهش می‌دهد.
جستجوی انرژی پاک و پایدار در جریان است و محققان به طور مداوم در حال نوآوری برای بهبود سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی هستند. باتری‌های لیتیوم یونی، با وجود برتری‌هایشان، شامل یک نگرانی عمده ایمنی: الکترولیت‌های قابل اشتعال هستند.
FLZBBs یک جایگزین نویدبخش با خواص غیرقابل اشتعال ارائه می‌دهند. با این حال، مسئله ناخوشایندی به نام خودتخلیه، پذیرش گسترده آنها را مختل کرده است.
اکنون تیمی از محققان در مؤسسه علم و فناوری گوانگجو (GIST) در کره، یک الکترود انقلابی توسعه داده‌اند که این مشکل را به طور مستقیم حل می‌کند و راه را برای آینده‌ای با FLZBBهای ایمن و کارآمد هموار می‌سازد.
حل چالش‌های FLZBB
FLZBBها مزایای متعددی نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی دارند. آنها ایمن‌تر، مقرون به صرفه‌تر و طراحی ساده‌تری دارند. آنها با یک الکترود مثبت، یک الکترود منفی، یک جداکننده برای جداسازی آنها و یک الکترولیت ژل‌مانند کار می‌کنند.
با این حال، در طول عملیات، یون‌های برمین تولید شده در الکترود مثبت می‌توانند به الکترود منفی منتقل شوند و باعث خودتخلیه شوند و عملکرد را مختل کنند. این یکی از موانع عمده برای FLZBBها بوده است.
پروفسور چانهان پاک و تیم او، از جمله نویسنده اول این مطالعه یانگین چو، یک الکترود نوآورانه توسعه داده‌اند که به طور موثری خودتخلیه را متوقف می‌کند. این الکترود یک الکترود گرافیتی ضخیم پوشیده شده با کربن مزوپروس دوپ شده با نیتروژن (NMC/GF) است.
کار آنها راه را برای FLZBBهای پایدار و کارآمدتر هموار می‌کند.
گرفتن مسبب: چگونه الکترود NMC/GF کار می‌کند
الکترود NMC/GF با استفاده از یک روش ساده و مقرون به صرفه ساخته می‌شود. محققان یک الکترود گرافیتی استاندارد را با مواد پیش‌ماده پوشش می‌دهند، سپس خشک و پخت می‌کنند. جادو در مزوپورها (حفره‌های ریز) ایجاد شده توسط پوشش NMC قرار دارد.
این مزوپورها، به همراه مکان‌های نیتروژنی که به صورت استراتژیک قرار داده شده‌اند، مانند قفس‌های کوچک عمل می‌کنند و یون‌های برمین و مجموعه‌های آنها را در الکترود مثبت به دام می‌اندازند. این به طور موثری مانع از رسیدن آنها به الکترود منفی می‌شود و خودتخلیه را متوقف می‌کند.
پروفسور پاک توضیح می‌دهد : «این پوشش الکترودهای GF دست نخورده اصلی که آب‌گریز بودند را به شدت آب‌دوست کرده و ارتباط سطحی با الکترولیت در الکترولیت آبی را بهبود می‌بخشد و عملکرد الکتروشیمیایی را افزایش می‌دهد.»
«علاوه بر این، این امکان را فراهم کرد که انواع زیادی از اکسیژن و نیتروژن در الکترود وارد شوند که سرعت واکنش برمین را بهبود می‌بخشند و عملکرد را بیشتر افزایش می‌دهند.»
عملکرد بی‌سابقه و عمر طولانی
FLZBBهای مجهز به الکترود NMC/GF کارایی بی‌نظیری را به نمایش گذاشتند، با کارایی کولمبی ۹۶٪ و کارایی انرژی ۷۶٪ در یک چگالی جریان خاص. آنها همچنین ظرفیت بالای سطحی (مقدار شارژ ذخیره شده در واحد سطح) ۲ میلی‌آمپر-ساعت بر سانتی‌متر مربع را ارائه دادند. اما این همه ماجرا نبود.
این باتری‌ها دوام بی‌نظیری نشان دادند و بیش از ۱۰٬۰۰۰ چرخه شارژ و دشارژ را تحمل کردند – شاهدی بر پایداری طولانی‌مدت آنها. علاوه بر این، استفاده از یک الکترود ضخیم GF می‌تواند به طور بالقوه هزینه باتری‌ها را کاهش دهد.
در بیانیه مطبوعاتی ، پاک با اشتیاق نسبت به پیامدهای آینده، گفت: «توسعه الکترود مثبت FLZBB که عملیات طولانی‌مدت بیش از ۱۰٬۰۰۰ چرخه را با کارایی‌های بالا حفظ می‌کند، توسعه سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی‌های پایدار و تبدیل انرژی‌های سازگار با محیط‌زیست را در بلندمدت تسریع خواهد کرد. علاوه بر این، الکترود NMC/GF مثبت می‌تواند برای دیگر باتری‌های آبی نیز مورد استفاده قرار گیرد.»
این پیشرفت پتانسیل تغییر دنیای ذخیره‌سازی انرژی را دارد. با FLZBBهای ایمن‌تر، پایداری بیشتر و عمر طولانی‌تر در آینده، مسیر به سوی آینده‌ای پاک و پایدار انرژی کمی روشن‌تر به نظر می‌رسد.
این تحقیق در نشریه مهندسی شیمی منتشر شده است.
