محققان دانشگاه رایس روشی مقیاسپذیر برای افزایش طول عمر باتریهای لیتیوم یونی با استفاده از پیشلیتیاسیون ایجاد کردهاند، فرایندی که آندهای سیلیکونی را با ذرات فلز لیتیوم تثبیتشده پوشش داده و عمر باتری را تا ۴۴ درصد بهبود میبخشد.
دانشمندان از سالها قبل به دنبال راهی برای افزایش میزان ظرفیت و همچنین عمر باتریهای لیتیومی بودهاند. حالا محققان دانشکده مهندسی جرج آر براون از دانشگاه رایس توانستهاند یک روش مقیاسپذیر برای بهینهسازی روش پیشلیتیاسیون (Prelithiation) ایجاد کنند، روشی که به کاهش اتلاف لیتیوم و بهبود چرخه عمر باتریهای لیتیوم یونی با پوشش آندهای سیلیکون با استفاده از ذرات فلز (SLMPs) کمک میکند.
محققان در آزمایشهای خود متوجه شدهاند که با استفاده از یک پوشش ترکیبی بسیار نازک از ذرات فلز و سورفاکتانت (ماده فعال سطحی) در باتریهای لیتیومی میتوانند عمر آنها را بین ۲۲ تا ۴۴ درصد افزایش دهند.
در آزمایشهای مختلف مشخص شد که باتریها با مقدار بیشتری از پوشش فوق میتوانند پایداری و عمر چرخه شارژ بالاتری داشته باشند. با این حال، یک اشکال اساسی وجود داشت، وقتی چرخه باتری با ظرفیت کامل انجام میشود، افزایش مقدار پوشش ترکیبی منجر به بهدام افتادن لیتیوم بیشتری شده و در نهایت باتری در چرخههای بعدی با سرعت بالاتری تخلیه میشود.
افزایش چگالی انرژی در کنار طول عمر باتریها
به گزارش Scitechdaily، محققان همچنین دریافتند که جایگزینی گرافیت با سیلیکون در باتریهای لیتیوم یونی میتواند به طور قابل توجهی چگالی انرژی (مقدار انرژی ذخیرهشده در باتری نسبت به وزن و اندازه) آنها را افزایش دهد، زیرا گرافیک از کربن ساخته شده و میتواند یونهای لیتیوم کمتری نسبت به سیلیکون داشته باشد.
برای هر یون لیتیوم شش اتم کربن لازم است، در حالی که فقط یک اتم سیلیکون میتواند با چهار یون لیتیوم پیوند بخورد.
در بخشهایی از گزارش مربوط به این دستاورد آمده است:
سیلیکون یکی از آن موادی محسوب میشود که توانایی بهبود چگالی انرژی باتریهای لیتیوم یونی دارد. به همین دلیل است که در علم باتریسازی برای جایگزینی آندهای گرافیت با آندهای سیلیکونی فشار زیادی وجود دارد.
با این حال، به نظر میرسد که سیلیکون دارای خواص دیگری است که چالشهای جدیدی را ایجاد میکند. به گفته محققان، یکی از مشکلات عمده استفاده از سیلیکون در باتریها آن است که به طور مداوم چیزی به نام لایه بین فازی الکترولیت جامد یا SEI را تولید میکند که در نهایت موجب تخلیه لیتیوم شده و پایداری باتریها را در چرخههای انتهایی شارژ و دشارژ پایین کاهش میدهد.
این لایه زمانی تشکیل میشود که الکترولیت در سلول باتری با الکترونها و یونهای لیتیوم واکنش میدهد و در نتیجه یک لایه نمک در مقیاس نانومتری روی آند رسوب میکند. پس از تشکیل شدن این لایه، لایه الکترولیت از آند جدا شده و ادامه واکنش شیمایی باتری متوقف میشود.
در همین رابطه بخوانید:
- 19 روش کاربردی برای بهبود و افزایش عمر باتری آیفون
- افزایش عمر باتری لپ تاپ؛ روش های بهبود کارایی و طول عمر باطری لپتاپ
با تمام این تفاسیر، محققان باور دارند که با کشف روشهای جدید بهدامانداختن لیتیوم، بهبود چرخههای شارژ و دشارژ و مقدار SLMP، میتوان ظرفیت انرژی آندهای مبتنی بر سیلیکون را افزایش داد و در نهایت به باتریهای قویتر با طول عمر بسیار بیشتر دست یافت.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت