فناوری نسل آینده باتری، ظرفیت پیمایش خودروی برقی را افزایش می‌دهد

دانشمندان آزمایشگاه ملی اوک ریج در آمریکا از پالس‌های الکتروشیمیایی برای برطرف کردن ضعف باتری‌های فلزی لیتیومی در نگه‌داری شارژ استفاده کردند که باعث افزایش ظرفیت پیمایش خودروی برقی نسل آینده خواهد شد.

دو روش امیدوارکننده در توسعه ذخیره‌سازی انرژی باتری خودروی برقی شامل استفاده از فلز لیتیوم با چگالی بالا و الکترولیت جامد به جای مایع است. به گزارش نیواطلس، مطالعه‌ی جدیدی این شاخه‌های تحقیقات باتری را در پیشرفت جدید و هیجان‌انگیزی گرد هم می‌آورد. دانشمندان در ایالات متحده نشان داده‌اند که چگونه مسائل پایداری مرتبط با این معماری‌ها را می‌توان با کمک پالس‌های الکتروشیمیایی حل کرد تا راه برای تولید خودروی برقی و تلفن‌های هوشمندی که با هر بار شارژ طی مدت طولانی‌تری کار می‌کنند، هموارتر شود.

بخشی از این زمینه تحقیقاتی روی آندها متمرکز است که به عنوان یکی از دو الکترود دستگاه عمل می‌کند و به تسهیل انتقال یون‌های لیتیوم از طریق الکترولیت مایع کمک می‌کند. آندهای امروزی از ترکیبی از گرافیت و مس ساخته می‌شوند، اما فلز لیتیوم خالص نیز جایگزین وسوسه‌انگیزی است زیرا بالاترین چگالی انرژی را در بین مواد جامد ارائه می‌دهد. با این حال، ادغام فلز لیتیوم در باتری‌ها تاکنون دشوار بوده است، اما دانشمندان با مسائل ایمنی مختلفی مواجه شده‌اند که به سرعت این دشواری‌ها را از بین می‌برد.

خط فکری وجود دارد که استفاده از الکترولیت جامد به جای مایع منجر به تولید باتری مناسب‌تری با فلز لیتیوم برای استفاده می‌شود. این تلاقی مواد، تمرکز کار جدید دانشمندان در آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) است، که معتقدند راهی برای پیوستن آن‌ها به یکدیگر به روشی پایدار و طولانی‌مدت که کارایی به خطر نیفتد، ابداع کرده‌اند.

ذوب مواد با هم در باتری‌های حالت جامد معمولاً کار دشواری است، زیرا چرخه‌های شارژ و دشارژ (تخلیه) مداوم منجر به بی‌ثباتی در اتصالات و ایجاد حفره‌ها می‌شود؛ چیزی که به امپدانس تماسی معروف است. اعمال فشار یکی از راه‌های حل این مشکل به شمار می‌رود، اما تکنیکی است که باید به صورت دوره‌ای در حین کارکرد باتری مورد استفاده قرار گیرد و همچنین می‌تواند باعث کوتاهی آن شود.

دانشمندان آزمایشگاه ملی اوک ریج دریافتند که می‌توانند این فضاهای خالی را با اعمال پالس الکتروشیمیایی کوتاه و ولتاژ بالا در زمانی که آند فلزی لیتیوم به الکترولیت جامد متصل می‌شود، از بین ببرند. این پالس‌ها با جریانی که حفره‌ها را احاطه کرده است، برخورد می‌کنند و باعث از بین رفتن آن‌ها شده و در نتیجه تماس گسترده‌تری در سطح مشترک مواد ایجاد می‌شود.

از آنجا که این هیچ اثر مضری بر باتری ندارد و می‌توان از تکنیک پالس برای بازگرداندن آن به ظرفیت اولیه‌اش استفاده کرد، دانشمندان تصور می‌کنند این فناوری روزی راهی مناسب برای مدیریت باتری‌های لیتیوم فلزی حالت جامد در حین کار ارائه می‌دهد. آن‌ها می‌گویند که این نوع سیستم می‌تواند دو برابر تراکم انرژی روش‌های امروزی را در یک بسته بسیار کوچک‌تر ارائه دهد؛ به این معنی که خودروی برقی با هر بار شارژ می‌تواند مسافت بیشتری را طی کند یا گوشی‌های هوشمند می‌توانند زمان بیشتری شارژ داشته باشند.

الیاس بلهرواک، سرپرست این پروژه گفت:

این روش، معماری کاملاً جامد را بدون اعمال نیروی بیرونی که بتواند به سلول آسیب برساند و در حین استفاده از باتری عملی نیست، فعال می‌کند. در فرآیندی که ما توسعه داده‌ایم، باتری را می‌توان به‌طور معمول تولید کرد و سپس در صورت افت میزان نگه‌داری شارژ باتری، یک پالس برای جوان‌سازی و تازه‌سازی رابط اعمال کرد.

دانشمندان هم‌اکنون با آزمایش مواد الکترولیت پیشرفته‌تر و بررسی چگونگی افزایش مقیاس آن برای استفاده در یک سیستم باتری حالت جامد در مقیاس کاری، به توسعه این فناوری ادامه می‌دهند. این تحقیق در مجله ACS Energy Letters منتشر شده است.