ژاپن باتری EV مقاوم در برابر آتش برای افزایش ایمنی و چگالی انرژی توسعه می دهد
تیمی از محققان ژاپنی یک باتری لیتیوم-یون نیمه‌جامد ایجاد کرده‌اند که غیرقابل اشتعال است و مشکلات باتری‌های سنتی را برطرف می‌کند.
این نوآوری که توسط دانشمندان دانشگاه دوشیها و شرکت TDK توسعه یافته، الکترولیت‌های مایع و جامد را ترکیب کرده تا ایمنی و دوام را افزایش دهد. افزایش چگالی انرژی مواد فعال الکترود مثبت و منفی معمولاً عملکرد چرخه و ایمنی را کاهش می‌دهد، اما این نوآوری راه حلی متعادل ارائه می‌دهد.
به گفته تیم، طراحی ایمن‌تر و بادوام‌تر در مقایسه با باتری‌های تمام‌جامد ارائه می‌کند و همچنان چگالی انرژی بالا را حفظ می‌کند.
تیم در خلاصه مطالعه گفت: "عملکرد بهبود یافته ایمنی و شارژ/تخلیه، امکان‌پذیری باتری‌های نیمه‌جامد به عنوان فناوری نزدیک به آینده را نشان داد."
دیروز یک شرکت فناوری باتری آمریکایی به نام Microvast ادعا کرد که دستاورد باتری EV تمام‌جامد آن توانایی ارائه چگالی انرژی بیشتر و برد بلندتر را دارد.
رابط‌های پایدار باتری
LIB ها به طور مداوم برای برآورده کردن تقاضاهای بازار در حال رشد و پشتیبانی از فناوری‌های پایدار در حال پیشرفت هستند.
بهبود ایمنی، اطمینان‌پذیری، چگالی انرژی، قابلیت بازیافت و سازگاری محیطی همچنان حیاتی است. در حالی که الکترولیت‌های آلی ولتاژ بالا در LIB ها را ممکن می‌سازند، به تدابیر ایمنی قوی نیاز دارند. الکترولیت‌های جامد جایگزین ایمن‌تری ارائه می‌دهند که باعث جلب توجه به باتری‌های تمام‌جامد شده است.
اما، این‌ها در حفظ رابط‌های جامد/جامد به دلیل گسترش و انقباض الکترودها در طی چرخه‌های شارژ/تخلیه با چالش مواجه هستند. رسیدگی به این امر به مواد "رابط مشترک" نیاز دارد که الاستیسیته، غیرقابل اشتعالی و هدایت یونی بالا را ارائه دهند.
نامزدهای امیدوارکننده شامل الکترولیت‌های پلیمری الاستیک و حلال‌های آلی غیرقابل اشتعال هستند. مطالعات اخیر به پیشرفت‌هایی اشاره کرده‌اند، مانند استفاده از ژل‌های بر پایه پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان و محلول‌های نمک لیتیم با غلظت بالا، برای بهبود عملکرد.
با وجود پیشرفت، چالش‌هایی نظیر انتقال کند یون لیتیم و تخریب رابط به دلیل تعاملات مواد همچنان باقی مانده است. بهینه‌سازی ساختارهای حل شدن و ترکیبهای الکترولیت نشان می‌دهد که پتانسیلی برای کاهش مقاومت و بهبود پایداری وجود دارد و راه را برای نسل بعدی LIB ها هموار می‌کند.
باتری‌های حالت جامد ایمنی را بهبود می‌بخشند اما با چالش‌های انتقال یون لیتیم و رابط‌های مختل مواجه می‌شوند. در راستای رفع این مسائل، محققان ژاپنی یک باتری لیتیوم-یون نیمه‌جامد و غیرقابل اشتعال توسعه دادند که پایداری، ایمنی و عملکرد پیشرفته را ارائه می‌دهد و محدودیت‌های طراحی‌های سنتی را برطرف می‌کند.
عملکرد پیشرفته LIB
طراحی تیم شامل یک الکترود سیلیکونی (Si) منفی و یک الکترود مثبت LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) است—که هر دو به عنوان مواد نسل بعدی برای LIB ها تلقی می‌شوند—در طراحی جدید باتری گنجانده شده‌اند.
یک ورق سرامیکی شیشه‌ای رسانای یون لیتیم (LICGCTM) از OHARA این الکترودها را جدا می‌کند. پژوهشگران محلول‌های الکترولیت تقریباً اشباع‌شده و غیرقابل اشتعال را خاص برای هر الکترود ایجاد کرده‌اند تا سازگاری و عملکرد را بهبود بخشند.
در محلول‌ها از تریس (2,2,2-تری‌فلورومتیل) فسفات و متیل 2,2,2-تری‌فلورومتیل کربنات استفاده شده است، زیرا با رابط الکترولیت جامد و الکترودها سازگار بودند.
به گفته پژوهشگران، سلول‌های کیفی نیمه‌جامد تولیدی حاصل با کلاس 30 میلی‌آمپر ساعت عملکرد الکتروشیمیایی برجسته، پایداری حرارتی و رسانایی یونی نشان دادند.
پژوهشگران برای ارزیابی پایداری حرارتی و عملکرد الکتروشیمیایی LIB نیمه‌جامد، از کالریمیتری نرخ تسریع‌شده (ARC)، آزمایش‌های شارژ-تخلیه و طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی استفاده کردند.
پژوهشگران اعلام کردند که ظرفیت شارژ/تخلیه بالا، عملکرد چرخه قوی و تغییر جزیی مقاومت داخلی باتری قابل توجه است.
علاوه بر این، حتی در دماهای بالا حدود ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد، ساختار Si-LICGC-NCM811 همراه با محلول‌های الکترολیت مربوطه پایداری حرارتی بهبود یافته و تولید حرارت بسیار کم از واکنش جانبی را نشان داد، به گفته آزمون ARC.
تیم در بیانیه‌ای گفت: "در مجموع، LIB جدید توسعه‌یافته پتانسیل افزایش توسعه وسایل نقلیه الکتریکی کارآمدتر و ایمن‌تر و دستگاه‌های بی‌سیم مانند پهپادها را داراست. کاربرد گسترده آن نه تنها می‌تواند راحتی کاربران را بهبود ببخشد بلکه رشد اقتصادی پایدار را نیز تشویق کند."
جزئیات تحقیقات تیم در مجله ذخیره انرژی منتشر شده است.
