چین باتری Li-S غیر قابل توقفی می‌سازد که حتی پس از برش هم کار می‌کند
محققان دانشگاه علم و فناوری الکترونیک چین یک نمونه اولیه باتری لیتیوم-سولفور (Li-S) ساخته‌اند که حتی در صورت خم شدن یا برش، کار می‌کند. این ویژگی برای رفع نگرانی‌های امنیتی درباره باتری‌های لیتیوم-یون اضافه شده است.
باتری‌های لیتیوم-یون به‌عنوان منبع تغذیه قابل اعتماد برای دستگاه‌های مختلف، از گوشی‌های هوشمند تا اسباب‌بازی‌ها و حتی خودروهای الکتریکی (EVs) بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما این فناوری با ریسکی همراه است: آسیب ساختاری می‌تواند باعث اشتعال آن شود.
مورد نگرانی دیگر درباره این باتری‌ها، عمر نسبتا کوتاه آن‌هاست. باتری‌های Li-S به‌عنوان جایگزینی پیشنهادی برای فناوری لیتیوم-یون هستند که می‌توانند این نقص‌ها را برطرف کنند چرا که مواد اولیه آن‌ها فراوان و ارزان است و می‌توانند انرژی بیشتری نسبت به همتایان لیتیوم-یون خود نگه دارند.
با این‌حال، پذیرش باتری‌های Li-S محدود بوده است. «چالش‌های اصلی که مانع پذیرش گسترده باتری‌های Li-S می‌شود، عمر کوتاه چرخه‌ای، عملکرد نرخ پایین و نگرانی‌های امنیتی استفاده از فلز لیتیوم به‌عنوان آند است»، پروفسور لیپینگ وانگ از دانشگاه علم و فناوری الکترونیک چین گفت.
یک مطالعه اخیر به رهبری لیپینگ می‌تواند این وضعیت را تغییر دهد.
باتری‌های لیتیوم-سولفور
دانشمندان پیشتر استفاده از الکترولیت مبتنی بر کربنات که می‌تواند الکترودهای ساخته شده از سولفید آهن و فلز لیتیوم را جدا کند، برای پایداری باتری‌های لیتیوم-سولفور در دماهای بالا پیشنهاد داده بودند.
اما سولفید از کاتد همچنان به الکترولیت حل می‌شود و رسوبی تشکیل می‌دهد که نمی‌توان آن را شکست که باعث کاهش ظرفیت سلول می‌شود.
تیم تحقیقاتی به رهبری لیپینگ پیشنهاد دادند که لایه دیگری بین کاتد و الکترولیت اضافه شود تا حل شدن سولفور را به حداقل برساند بدون اینکه قابلیت شارژ مجدد سلول را تحت تاثیر قرار دهد.
پس از آزمایش مواد مختلف، تیم تحقیقاتی دریافت که اسید پلی‌اکریلیک (PAA) بهترین گزینه است زیرا ظرفیت تخلیه را پس از ۳۰۰ چرخه شارژ و دشارژ حفظ کرد.
کار می‌کند حتی زمانی که باتری برش می‌خورد
محققان سپس نمونه‌های باتری کیسه‌ای و سکه‌ای با کاتد پوشش داده شده با PAA، الکترولیت کربناتی و آنود مبتنی بر گرافیت تولید کردند. پس از بیش از ۱۰۰ چرخه شارژ و دشارژ، تیم تحقیقاتی هیچ افتی در سلول کیسه‌ای پیدا نکرد که حتی وقتی نصف شد یا برش خورد، کار می‌کرد.
لیپینگ توضیح داد، «باتری پس از برش همچنان کار می‌کند به‌دلیل طراحی منحصر به‌فرد آن که شبکه رسانا حتی پس از آسیب فیزیکی همچنان دست‌نخورده باقی می‌ماند».
پس از ۳۰۰ چرخه شارژ و دشارژ، محققان دریافتند که سلول سکه‌ای ۷۲ درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ کرده است. لیپینگ افزود، «تفاوت در حفظ ظرفیت بین سلول‌های سکه‌ای و کیسه‌ای می‌تواند به تفاوت‌های ساختاری آن‌ها و نحوه مدیریت واکنش‌های الکتروشیمیایی برگردد».
محققان سپس پوشش را به کاتدهای باتری‌های لیتیوم-مولیبدن و لیتیوم-وانادیوم اعمال کردند. لیپینگ نتیجه‌گیری کرد، «اگر این فناوری اثبات کند که برای استفاده تجاری امکان‌پذیر است، باتری‌های لیتیوم-مولیبدن و لیتیوم-وانادیوم می‌توانند در کاربردهایی که تراکم انرژی بالا و دوام مهم است، مورد استفاده قرار گیرند».
یافته‌های تحقیق امروز در مجله ACS Energy Letters منتشر شد.
