هواپیماها و خودروهای برقی بلندبرد می‌توانند با باتری‌های فلزی پایدار جدید ساخته شوند
محققان دانشگاه فنی چالمرز در سوئد راهی برای تبدیل باتری‌های فلزی به جایگزینی مناسب برای راه‌حل‌های متداول ذخیره انرژی کشف کرده‌اند. این باتری‌ها وعده انرژی بیشتری در وزن کمتر را می‌دهند.
سال‌هاست که باتری‌های لیتیوم-یونی به عنوان راه‌حل مدرن ذخیره انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این باتری‌ها در همه‌چیز از چراغ‌ها تا گوشی‌های هوشمند تا وسایل نقلیه برقی موجود هستند.
با این حال، تقاضای رو به رشدی برای جایگزین‌های قوی‌تر و کارآمدتر باتری‌های لیتیوم-یونی وجود دارد، به ویژه با افزایش پذیرش انرژی پاک و برق‌رسانی.
وارد عرصه باتری‌های فلزی می‌شویم که به جای گرافیت، از الکترودهای فلز لیتیوم استفاده می‌کنند. این باتری‌ها می‌توانند چگالی انرژی بسیار بالاتری را ارائه دهند و حتی باعث بهره‌وری هواپیماهای برقی شوند.
اما یک مشکل وجود دارد: لیتیوم بسیار واکنش‌پذیر است، به این معنی که این باتری‌ها عمر کوتاه‌تری دارند.
تیم به رهبری پروفسور آلکساندر ماتیک از اشعه ایکس سه بعدی برای مشاهده رفتار لیتیوم درون این باتری‌ها در زمان واقعی استفاده کردند. آن‌ها دریافتند که هنگام شارژ و تخلیه، لیتیوم ساختارهای نابرابری به نام دندریت‌ها تشکیل می‌دهد. با گذشت زمان، این دندریت‌ها پایداری و عملکرد باتری را به خطر می‌اندازند.
الکتروپلیتینگ به کمک می‌آید
تیم تحقیقاتی به جای آن الکتروپلیتینگ را به عنوان راه‌حل پیشنهاد می‌دهد. این فرایند الکترودهای فلزی را درون سلول ایجاد می‌کند. تیم ادعا می‌کند که این روش از تعامل لیتیوم واکنش‌پذیر با محیط جلوگیری می‌کند و از تشکیل لایه آسیب‌زا بر سطح جلوگیری می‌کند.
یوزف ریزل، دانشجوی دکترای بخش فیزیک دانشگاه چالمرز و نویسنده مقاله تحقیقاتی در بیانیه‌ای توضیح داد: «ما در محیطی بسیار خنثی کار می‌کنیم، اما حتی در آنجا فلز چیزی برای واکنش پیدا می‌کند و یک لایه سطحی تشکیل می‌دهد که بر رفتار فلز در باتری تأثیر می‌گذارد.»
از آنجا که الکترود درون باتری ایجاد می‌شود، از ناخالصی‌ها محافظت می‌شود و از واکنش‌های ناخواسته جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، این امر عملکرد و طول عمر باتری را بهبود می‌بخشد.
رسم کردن مسیر پایدار
تیم تحقیقاتی در چالمرز بخشی از یک ابتکار دولتی با نام کامپل است. این برنامه تحقیق و آموزش در زمینه برق‌رسانی و فناوری باتری را پیش می‌برد. نتایج این تحقیقات فراگیرتر از آزمایشگاه است.
آلکساندر ماتیک، که همچنین مدیر کامپل است، تأکید کرد: «این نوع تحقیقات بنیادی برای مهیا کردن راه برای مفاهیم و فناوری‌های جدید باتری بسیار مهم است. بدون آن، شما فقط می‌توانید چیزهایی را امتحان کنید، مانند جهت‌گیری بدون نقشه.»
وی افزود: «اینجا است که ما پایه و اساس نوآوری‌های آینده‌ای را که به توسعه پایدار اجتماعی کمک می‌کند، می‌گذاریم. باتری‌ها قبلاً بخش کلیدی از این توسعه هستند و اهمیت آن‌ها در آینده تنها افزایش خواهد یافت.»
تحقیقات انجام شده در چالمرز نشان می‌دهد که چکونکشفات در شیمی باتری می‌تواند به پیشرفت‌های عملی و تاثیرگذار منجر شود. این تیم روش‌هایی برای بهینه‌سازی عملکرد باتری‌های فلزی با جداسازی و تحلیل هر واکنش درون باتری توسعه داده است.
نتایج تحقیقات تیم در ژورنال انجمن الکتروشیمی منتشر شده است.
