چگالی باتریهای حالت جامد به بیش از ۹۸ درصد رسید
پژوهشگران یک فناوری کلیدی در زمینه مواد توسعه دادهاند که تجاریسازی باتریهای تمام حالت جامد را تسریع میکند. این باتریهای نسل جدید به گونهای طراحی شدهاند که به طور ذاتی خطرات آتشسوزی و انفجار را حذف میکنند.
به گزارش interestingengineering، باتریهای یون لیتیومی ثانویه که به طور گسترده در خودروهای برقی و سیستمهای ذخیرهسازی انرژی استفاده میشوند به الکترولیتهای مایع قابل اشتعال متکی هستند و همین امر آنها را در برابر آتشسوزی و انفجار آسیبپذیر میکند. آتشسوزیای که یک بار آغاز شود به ویژه مهار آن بسیار دشوار است. در سالهای اخیر یک سری حوادث از جمله آتشسوزی در مرکز داده دولتی تحت مدیریت سازمان خدمات منابع اطلاعات ملی و انفجارهای مرتبط با باتری خودروهای برقی، نیاز فوری به فناوریهای باتری لیتیومی ایمنتر را بیش از پیش برجسته کرده است.
باتریهای تمام حالت جامد الکترولیتهای مایع را با الکترولیتهای جامد غیرقابل اشتعال جایگزین میکنند و به طور بنیادی ایمنی باتری را بهبود میبخشند. در این میان باتریهای تمام حالت جامد مبتنی بر اکسید به دلیل چگالی انرژی بالا و عدم خطر انتشار گازهای سمی که میتواند در سیستمهای مبتنی بر سولفید رخ دهد به عنوان یک راهحل امیدوارکننده نسل بعدی توجه قابل ملاحظهای را به خود جلب کردهاند.
ساخت غشاهای الکترولیت با کارایی بالا
باتریهای تمام حالت جامد اکسیدی عمدتا از الکترولیتهای جامد نوع گارنت به عنوان مواد هستهای استفاده میکنند. الکترولیتهای جامد نوع گارنت، رسانایی یونی بالا و پایداری شیمیایی عالی از خود نشان میدهند. با این حال به دلیل خواص ذاتی مواد، ساخت غشاهای الکترولیت با کارایی بالا نیازمند فرآیند زینتر (پخت) در دمای بالا است؛ فرآیندی که در آن پودر در دماهای بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد فشرده و متراکم میشود.
بک سونگ-ووک، دانشمند ارشد پژوهشی گروه مترولوژی مواد نوظهور در مؤسسه تحقیقات استانداردها و علوم کره در این باره گفت: این دستاورد به طور کامل چالشهای دیرینه مواد و تولید که برای بیش از دو دهه در تحقیقات الکترولیت جامد نوع گارنت حلنشده باقی مانده بود مرتفع میسازد.
کیم هوا-جونگ، پژوهشگر فوقدکترای گروه مذکور نیز اظهار داشت: در حال حاضر کره جنوبی برای پلتهای الکترولیت جامد نوع گارنت به طور کامل به واردات متکی است که هزینه هر واحد آن با قطر تنها ۱ سانتیمتر بیش از ۵۵۰ دلار آمریکا است. این پیشرفت فناوری انتظار میرود دروازه تولید داخلی مواد باتری نسل بعدی با ارزش افزوده بالا را بگشاید.
روش نوآورانه و حذف هزینههای بالا
تیم تحقیقاتی همچنین خاطرنشان کرد که برای کاهش تبخیر لیتیوم در فرآیند پخت، روشهای متعارف بر پوشاندن غشای الکترولیت با مقدار زیادی پودر مادر (یک ماده الکترولیت حاوی لیتیوم) متکی بودهاند، اما این روش منجر به دور ریخته شدن بیش از ده برابر مقدار پودر مادر در مقایسه با غشای الکترولیت تولیدی واقعی میشود که به طور قابل توجهی هزینه تولید را افزایش داده و مانع بزرگی در مسیر تجاریسازی ایجاد میکند.
این تیم برای غلبه بر این چالش، یک تکنیک ساخت توسعه داده است که پودرهای الکترولیت جامد را با ترکیبات چندمنظوره مبتنی بر لیتیوم-آلومینیوم-اکسیژن به صورت نازک پوشش میدهد. این لایه پوشش سطحی در حین فرآیند پخت، لیتیوم مورد نیاز را تأمین کرده و همزمان از تبخیر لیتیوم جلوگیری میکند. این لایه به طور همزمان با اثری مشابه لحیمکاری، پیوند بین ذرات را تقویت کرده و در نتیجه تراکمپذیری غشای الکترولیت را به حداکثر میرساند.
با استفاده از این رویکرد تیم موفق به دستیابی به چگالی بیسابقه بیش از ۹۸.۲ درصد شد؛ آن هم بدون استفاده از هیچ پودر مادر گرانقیمتی. نتیجه تولید غشاهای الکترولیت جامد با استحکام بالا، عاری از نقصهای شیمیایی و مکانیکی و با رسانایی یونی بهبودیافته بیش از دو برابر در مقایسه با مواد متعارف بوده است.
این پیشرفت چشمگیر نه تنها گامی بلند در مسیر ایمنتر و کارآمدتر کردن باتریهای نسل آینده است بلکه با حذف وابستگی به واردات و کاهش هزینه تولید، تحول عظیمی در صنعت باتریهای حالت جامد ایجاد خواهد کرد.
انتهای پیام/
