چالشگر جدید لیتیوم: باتری روی-گوگرد برای خودروهای برقی، افزایش توان ۲۰ درصدی برای برد بیشتر

باتری‌های لیتیوم-یون به طور گسترده‌ای برای تأمین انرژی انواع وسایل، از گوشی‌های هوشمند گرفته تا خودروهای برقی، استفاده می‌شوند. اما این باتری‌ها دارای محدودیت‌هایی هستند: باتری‌های لیتیوم گران‌قیمت هستند، به مواد کمیاب وابسته‌اند و ممکن است به آتش‌سوزی منجر شوند.

برای غلبه بر این چالش‌ها، کارشناسان به دنبال جایگزین‌هایی بوده‌اند.

جالب است بدانید که یک جایگزین جدید، پایدارتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر توجه جهان را به خود جلب کرده است: باتری‌های روی-گوگرد.

این باتری‌ها از مواد فراوان و ارزان استفاده می‌کنند و این ویژگی آنها را به گزینه‌ای سبزتر و ارزان‌تر تبدیل کرده است.

پژوهشگران در دانشگاه کیس وسترن رزرو به سمت بهبود عملکرد فناوری باتری‌های روی-گوگرد کار کرده‌اند.

آنها عملکرد، ظرفیت و ایمنی باتری را با معرفی دو افزودنی جدید بهبود بخشیده‌اند.

چیس کائو، پژوهشگر اصلی و استادیار مهندسی مکانیک و هوافضا در مدرسه مهندسی کیس، اظهار داشت: «این پژوهش یک گام مهم در توسعه راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی ایمن‌تر و پایدارتر را نشان می‌دهد».

او افزود: «باتری‌های روی-گوگرد آبی امکان تأمین انرژی گستره وسیعی از کاربردها - از سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر تا الکترونیک‌های قابل‌حمل - را با کاهش تأثیرات زیست‌محیطی و وابستگی به مواد کمیاب فراهم می‌کنند.»

معرفی دو افزودنی کلیدی

استفاده از باتری‌های لیتیوم-یون به سرعت در حال افزایش است، که عمدتاً ناشی از افزایش تقاضا برای خودروهای برقی و راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی است.

بازار جهانی برای باتری‌های لیتیوم-یون برای خودروهای برقی در سال ۲۰۲۲ با رشد سالانه ۶۵ درصد مواجه شد. انتظار می‌رود این روند با رشد پذیرش خودروهای برقی در سراسر جهان ادامه یابد.

با این حال، این باتری‌های لیتیوم-یون نه تنها گران‌قیمت هستند بلکه به مواد کمیاب و فرآیندهای تولید پیچیده وابسته‌اند.

در مقابل، باتری‌های روی-گوگرد ممکن است به عنوان یک گزینه پایدارتر برای پاسخ به تقاضاهای آینده عمل کنند.

باتری‌های روی-گوگرد با چندین چالش مواجه شده‌اند که مانع از پذیرش گسترده آنها شده است. این چالش‌ها شامل خوردگی آند روی، رسانایی کم و رشد دندریت‌ها می‌باشد.

در این مطالعه جدید، تیم سعی کرد این چالش‌ها را برطرف کند تا پتانسیل کامل باتری‌های روی-گوگرد را محقق سازد.

آنها دو افزودنی اساسی را به باتری افزودند: پروپیلن گلیکول متیل اتر و یدید روی.

افزایش عملکرد به میزان ۲۰ درصد

افزودن این دو افزودنی به طور قابل‌توجهی عملکرد باتری روی-گوگرد را بهبود بخشید.

قابلیت ذخیره و آزادسازی انرژی باتری به میزان ۲۰ درصد افزایش یافت. این بدان معناست که باتری می‌تواند دستگاه‌ها را برای دوره‌های طولانی‌تری بدون نیاز به شارژ مجدد تغذیه کند.

علاوه بر این، افزودنی‌ها باعث افزایش رسانایی و پایداری شدند و رشد دندریت‌ها را مهار کردند.

دندریت‌ها ساختارهای ریز و شبیه سوزنی هستند که می‌توانند بر روی آند تشکیل شوند. تشکیل آنها می‌تواند منجر به مدارهای کوتاه، خرابی باتری و احتمالاً آتش‌سوزی شود.

گویین شو، استاد دانشگاه دونگوا در شانگهای و هم‌نویسنده ارشد، اظهار داشت: «این افزودنی‌ها نه تنها کارایی باتری را افزایش می‌دهند، بلکه با کاهش تشکیل دندریت‌ها، نگرانی‌های ایمنی قدیمی را نیز حل می‌کنند».

او افزود: «نتیجه یک باتری فشرده، با چگالی بالاتر است که می‌تواند بارها بدون تخریب قابل‌توجهی دوباره شارژ شود»، شو اضافه کرد در بسته خبری .

با پرداختن به این مسائل، پژوهشگران باتری‌های روی-گوگرد را به کاربرد تجاری نزدیک‌تر کرده‌اند.

باتری‌های روی-گوگرد فراتر از هزینه و ایمنی مزایا دارند. چگالی انرژی بیشتر امکان دستگاه‌های کوچک‌تر و با دوام‌تر را فراهم می‌کند - که برای انرژی تجدیدپذیر و کاربردهای مطمئن ایده‌آل است.

برای پژوهشگرانی مانند کائو، پتانسیل باتری‌های روی-گوگرد بی‌اندازه است. او آینده‌ای را می‌بیند که این باتری‌ها فناوری‌های نوآورانه‌ای مانند روبات‌های نرم و سیستم‌های حسگر پیشرفته را تغذیه می‌کنند.

یافته‌ها در مجله Angewandte Chemie . منتشر شد.