جامد

تحقیقات جدید تیم MIT

این تحقیقات تألیف یومینگ چن و ژیکیانگ وَنگ ایده استفاده از لیتیوم خالص به عنوان آند باتری را این‌گونه بررسی می‌نماید؛ این تحقیق می‌تواند به باتری‌هایی که در هر پوند قدرت بیشتری را مصرف کنند و ماندگاری بالاتری داشته باشند منجر شود.

این طرح بخشی از مفهوم برای تولید باتری‌های حالت جامد ایمن با استفاده از ژل مایع یا پلیمر است که معمولاً به عنوان ماده الکترولیت بین دو الکترود باتری استفاده می‌شود. پیش‌بینی می‌شود الکترولیت‌های حالت جامد نسبت به الکترولیت‌های مایع سبک که می‌توانند در شرایط غیر عادی/شدید منفجر شود، ایمن‌تر باشد.

اگرچه بسیاری از گروه‌های دیگر روی آن‌چه که باتری‌های جامد می‌نامند، کار می‌کنند. لی می‌گوید بیشتر این سیستم‌ها در واقع با برخی از الکترولیت‌های مایع مخلوط شده با مواد الکترولیت جامد بهتر کار می‌کنند. او می‌گوید: “در مورد ما امّا واقعاً همه چیز جامد است، هیچ مایع یا ژلی از هیچ نوعی در آن باتری‌ها وجود ندارد.”

لی می‌گوید: “کارهای زیادی بر روی باتری‌های حالت جامد با الکترودهای فلزی لیتیوم انجام شده، اما این تلاش‌ها با پاره‌ای از مشکلات روبرو شده‌اند.” یکی از مشکلات تخریب این باتری‌ها در اثر گذشت زمان است؛ هیچ یک از الکترولیت‌های جامد پیشنهادی در تماس با فلز لیتیوم واکنش پذیر از نظر شیمیایی پایدار نیستند. تلاش‌ها برای غلبه بر این مسئله بر روی طراحی الکترولیت جامدی که در مقابل فلز لیتیوم پایدار باشد، متمرکز شده است، که بسیار کار سختی است. در عوض، لی و تیم وی یک طراحی غیر معمول را اتخاذ کردند که از دو کلاس دیگر مواد جامد، “هادی‌های الکترونیکی یونی مخلوط (MIEC)” و “عایق‌های الکترونی و لی-یون (ELI)” استفاده می‌کند ، که به گفته مهندسان در تماس با فلز لیتیوم از نظر شیمیایی پایدار هستند.

جامد
آبکاری فلز لیتیوم برگشت پذیر و ریخته‌گری در لوله کربن با قطر داخلی ۱۰۰ نانومتر. (حق نشر محفوظ).

ساختار

مسئله دیگر این است که آند لیتیوم با هرچرخه بارگیری/تخلیه منبسط و منقبض می‌شود که نهایتاً باعث شکستگی و یا جدا شدن الکترولیت‌های جامد می‌شود. برای مقابه با آن، محققان یک نانو معماری سه بعدی در قالب لانه زنبور مانند لوله‌های شش ضلعی MIEC، که تا اندازه‌ای با فلز لیتیوم جامد مخلوط شده تا الکترود باتری را تشکیل دهد، ایجاد کردند که فضای اضافی در لوله باقی باشد. ساختار لانه زنبوری به لیتیوم اجازه منقبض و یا منبسط شدن را بدون تغییر در ابعاد بیرونی الکترود و یا مرز بین الکترود و الکترولیت می‌دهد.  ماده دیگر، ELI به عنوان یک اتصال دهنده مکانیکی بین دیواره‌های MIEC و لایه الکترولیت جامد عمل می‌کند.

لی می‌گوید: از آن‌جا که دیواره‌های لانه زنبوری از MIEC پایدار (پایداری شیمیایی) ساخته شده است، لیتیوم هرگز تماس الکتریکی را با مواد از دست نمی‌دهد. بنابراین، باتری می‌تواند از نظر مکانیکی و شیمیایی در چرخه‌های خود پایدار بماند. این تیم مفهومی را به صورت آزمایشی به اثبات رساند؛ آن‌ها یک دستگاه آزمایشی را در ۱۰۰ چرخه شارژ و تخلیه قرار داد، بدون این‌که هیچ  یک از جامدات شکسته و یا مورد ضربه قرار گرفته باشند.

سیستم جدید می‌تواند منجر به آندهایی با یک چهارم وزن همتایان خود ولی با توانایی ذخیره یکسان شود. طراحی‌های ترکیبی برای دستیابی به کاتدهای سبکتر می‌تواند منجر به باتری‌های سبک‌تر شود. این تیم امیدوار است این تکنولوژی بتواند به تلفن‌های همراهی منتهی شود که هر سه روز یک بار به شارژ باتری خود نیاز دارند منتهی شود، بدون این‌که تلفن‌ها حجیم‌تر شوند.

این تیم فقط دستگاه‌های کوچک آزمایشگاهی ساخته است، اما لی معتقد است که این فناوری می‌تواند به سرعت پیشرفت کند. عناصر مورد نیاز این باتری اکثراً منگنز است که به میزان قابل توجهی ارزانتر از نیکل و یا کبالت مورد استفاده در سایر سیستم‌هاست. بنابراین این کاتدها می‌توانند تنها یک پنجم نسخه‌های فعلی قیمت‌گذاری شوند.

 

Volti

Authors

,

LEAVE A REPLY

لطفا نظر خود را وارد کنید
لطفا نام خود را اینجا وارد کنید