الکترود جدید باتری حالت جامد برای افزایش شعاع حرکتی خودروهای الکتریکی

تحقیقات دانشمندان در زمینه الکترولیت مورد استفاده در باتری حالت جامد منجر به طراحی الکترود جدیدی شده است که پایداری باتری را در طول چرخه‌های مداوم کاری حفظ می‌کند و باعث افزایش شعاع حرکتی خودروهای الکتریکی می‌شود.

باتری‌های حالت جامد، که در آن الکترولیت به جای مایع از ماده جامد تشکیل شده است، پتانسیل زیادی برای کاربردهای ذخیره انرژی در آینده دارند؛ اما با مشکلات پایداری که بر طول عمر آن‌ها تأثیر می‌گذارد، دست و پنجه نرم می‌کنند. با این حال، طراحی جدید باتری به راه‌حل جدیدی برای مشکل اشاره می‌کند. به گزارش نیواطلس، تیمی از دانشمندان در حال توسعه ماده الکترود جدیدی است که حجم خود را در طول شارژ حفظ می‌کند تا باتری صدها چرخه کاری را تحمل کند.

توانایی کارکردن خودروی الکتریکی یا گوشی هوشمند روی باتری حالت جامد به جای معماری لیتیوم یونی امروزی می‌تواند باعث شود که آن‌ها قبل از نیاز به شارژ مجدد، مدت طولانی‌تری کار کنند و در صورت نیاز به زمان شارژ کمتری نیاز دارند. اما مشکلات پایداری آن‌ها به حرکت یون‌های لیتیوم به داخل و خارج الکترودهای باتری در حین شارژ مربوط است که باعث انبساط و انقباض آن‌ها می‌شود و در نهایت ساختار شیمیایی دستگاه را تغییر می‌دهد.

تیمی بین‌المللی از دانشمندان الکترود جدیدی برای این باتری‌ها طراحی کرده‌اند که ادعا می‌شود پایداری بی‌سابقه‌ای دارد. این ماده از لیتیوم تیتانات و لیتیوم وانادیم دی اکسید ساخته شده که به ذرات نانومتری تبدیل شده است. این ماده که به‌ عنوان الکترود باتری استفاده می‌شود، ظرفیت بالایی را ارائه می‌کند و یون‌های لیتیوم را قادر می‌سازد تا در هنگام شارژ و تخلیه به طور برگشت‌پذیر وارد و استخراج شوند.

نتیجه‌ی این تحقیقات، ماده‌‌ای برای الکترود باتری است که در حین کار حجم خود را حفظ می‌کند. دانشمندان این حجم را با عمل متعادل‌کننده‌ ظریفی که با خروج یون‌های لیتیوم و مهاجرت یون‌های وانادیم از موقعیت‌های اولیه خود برای پر کردن فضاهای خالی انجام می‌شود، ثابت کرده‌اند.

پروفسور نائوآکی یابوچی از دانشگاه ملی یوکوهاما ژاپن که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، می‌گوید:

وقتی انقباض و انبساط به خوبی متعادل می‌شوند، پایداری ابعادی در هنگام شارژ یا دشارژ شدن باتری (یعنی در حین چرخه کاری باتری)، حفظ می‌شود. ما پیش‌بینی می‌کنیم که با بهینه‌سازی بیشتر ترکیب شیمیایی الکترولیت، ماده‌ای واقعاً تغییرناپذیر از نظر ابعادی – ماده‌ای که حجم خود را در چرخه الکتروشیمیایی حفظ می‌کند – ایجاد شود.

مواد الکترود جدید در یک سلول باتری حالت جامد مورد آزمایش قرار گرفت و به طرز چشم‌گیری با ظرفیت بالای ۳۰۰ میلی آمپر ساعت بر گرم و شاید مهم‌تر از همه، بدون تخریب بیش از ۴۰۰ چرخه شارژ و دشارژ انجام شد.

پروفسور نیراج شارما، نویسنده این مطالعه، می‌گوید:

عدم کاهش ظرفیت در بیش از ۴۰۰ چرخه، به وضوح عملکرد برتر این ماده را در مقایسه با موارد گزارش شده برای سلول‌های کاملا حالت جامد معمولی با مواد لایه‌ای نشان می دهد.

تیم تحقیقاتی قصد دارد به پالایش الکترولیت به منظور ساخت انواع باتری‌های مورد نیاز برای خدمت به خودروهای الکتریکی با ایمنی و طول عمر بیشتر ادامه دهد. چنین باتری‌هایی می‌تواند نه تنها به معنای خودروهای برقی باشد که امروزه آنها را می‌بینیم، بلکه به این معنی است که عصر جدیدی را آغاز می‌کند که در آن خودروی الکتریکی بسیار سریع‌تر شارژ می‌شود و مسافت‌های بیشتری را طی می‌کند.

یابوچی گفت:

یافته‌های جدید می‌تواند هزینه باتری را به شدت کاهش دهد. توسعه عملیاتی باتری‌های حالت جامد با کارایی بالا نیز می‌تواند منجر به توسعه خودروهای الکتریکی پیشرفته شود. به عنوان مثال، ممکن است در آینده یک وسیله نقلیه الکتریکی در کمتر از پنج دقیقه به طور کامل شارژ شود.