دانشمندان به روشی شیمیایی و ساده دست یافته‌اند که می‌تواند از فرسایش باتری‌های لیتیوم یونی جلوگیری کرده و عمر مفید آن‌ها را افزایش دهد. این روش بدون ایجاد تغییر در ساختار داخلی سلول یا فرآیندهای تولید فعلی توسعه یافته و تمرکز آن بر کنترل فرآیندهای شیمیایی داخل باتری قرار دارد.
نقش باتری‌های لیتیوم یونی در دستگاه‌های مدرن
باتری‌های لیتیوم یونی در گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها، خودروهای الکتریکی و سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی ثابت کاربرد گسترده‌ای دارند. با وجود اینکه طراحی این باتری‌ها طی سال‌های گذشته تغییرات اساسی نداشته، مشکل اصلی همچنان پابرجا مانده؛ فرسایش تدریجی سلول‌ها که در نهایت به کاهش ظرفیت باتری در طول زمان منجر می‌شود.
پژوهشگران دانشگاه مریلند با استناد به گزارشی از NewScientist، به راهکاری دست یافته‌اند که می‌تواند عمر عملیاتی باتری‌های لیتیوم یونی را افزایش دهد؛ بدون آنکه نیازی به تغییر ساختار داخلی سلول یا خطوط تولید فعلی باشد. این رویکرد، تمرکز خود را به‌جای الکترودها بر الکترولیت قرار داده است.
چرا باتری‌های لیتیوم یونی دچار فرسایش می‌شوند؟
هر باتری لیتیوم یونی از دو الکترود شامل آند منفی و کاتد مثبت تشکیل شده و میان آن‌ها الکترولیتی مایع قرار دارد که یون‌های لیتیوم در زمان شارژ و دشارژ از طریق آن جابه‌جا می‌شوند. با گذشت زمان، این الکترولیت تجزیه شده و محصولات جانبی آن به‌صورت لایه‌هایی بسیار نازک روی الکترودها رسوب می‌کنند.
تشکیل این لایه جانبی روی آند مفید به‌حساب می‌آید؛ زیرا لایه‌ای پایدار ایجاد کرده و از الکترود در برابر فرسایش بیشتر محافظت می‌کند که در نتیجه دوام باتری افزایش می‌یابد. در مقابل، کاتد که در شرایط به‌شدت اکسیدکننده فعالیت می‌کند، قادر به تشکیل چنین لایه محافظی نیست و همین مسئله فرسایش و تخریب تدریجی آن را به‌دنبال دارد.
ترفند شیمیایی ساده؛ عملکرد راهکار جدید چگونه است؟
تیم تحقیقاتی به سرپرستی چونشنگ وانگ که دانشمند زمینه مواد است، رویکردی را بررسی کرده که به‌جای تغییر الکترودها، ویژگی‌های الکترولیت میان آن‌ها را تنظیم می‌کند. این روش با الهام از واکنش‌های شناخته‌شده در شیمی آلی، انتقال یون‌ها را به‌شکلی کنترل‌شده هدایت می‌کند.
در نتیجه، الکترولیت دیگر به‌صورت تصادفی تجزیه نمی‌شود؛ بلکه این فرآیند به‌شکل کنترل‌شده انجام شده و لایه‌ای یکنواخت و پایدار روی کاتد شکل می‌گیرد که سرعت تخریب آن را کاهش می‌دهد. نکته مهم این است که اجرای این روش به مواد خاص یا عجیب نیاز ندارد و طبق گفته پژوهشگران، از ترکیبات و فرآیندهایی استفاده می‌کند که هم‌اکنون در صنعت باتری رایج هستند.
یکی از مزیت‌های مهم این فرآیند، انعطاف‌پذیری آن به‌شمار می‌رود. ترکیب لایه محافظ روی کاتد قابلیت تغییر دارد؛ لایه ضخیم‌تر پایداری بیشتری ایجاد کرده و عمر باتری را افزایش می‌دهد، اما سرعت انتقال یون‌ها را کاهش می‌دهد. در مقابل، لایه نازک‌تر توان و چگالی انرژی بالاتری فراهم می‌کند، هرچند فرسایش سریع‌تر رخ می‌دهد.
این ویژگی امکان شخصی‌سازی باتری‌ها متناسب با کاربرد را فراهم می‌کند؛ برای نمونه، بیشترین دوام برای سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی ثابت یا بیشترین کارایی برای خودروهای الکتریکی است.
این دستاورد چه معنایی برای کاربران دارد؟
در حال حاضر مشخص نیست این راهکار تا چه میزان می‌تواند عمر باتری‌های لیتیوم یونی را افزایش دهد. این فناوری هنوز در مراحل اولیه آزمایش قرار دارد و داده‌های بلندمدت قابل اتکا در دسترس نیست.
با این حال، کارشناسان نسبت به آن دیدگاهی مثبت دارند. میشل آرمان، متخصص ذخیره‌سازی انرژی از مرکز پژوهشی اسپانیایی CIC energiGUNE، شکل‌گیری کنترل‌شده لایه محافظ روی کاتد را گامی مهم در مسیر توسعه باتری‌هایی با عمر طولانی‌تر توصیف کرده است.
در کوتاه‌مدت، تغییری برای مصرف‌کنندگان ایجاد نخواهد شد؛ اما در بازه میان‌مدت و بلندمدت، این راهکار می‌تواند به حفظ ظرفیت باتری در دستگاه‌های روزمره و افزایش طول عمر آن‌ها کمک کند، بدون آنکه تولیدکنندگان مجبور به طراحی نسل کاملاً جدیدی از سلول‌ها شوند.
دیدگاهتان را بنویسید