طراحی باتری لیتیومی جامد جدید در دانشگاه هاروارد

باتری لیتیومی جامد هاروارد
باتری جدید طراحی شده در دانشگاه هاروارد میتواند عمر باتری خودروهای الکتریکی را تا 15 سال افزایش دهد.
خودروهای الکتریکی به باتری‌هایی نیاز دارند که طول عمر بالایی داشته باشند و بتوانند در زمانی کوتاه، شارژ شوند. باتری‌های لیتیومی کنونی اگر چه توانسته‌اند خودروهای الکتریکی را به خیابانها بیاورند ولی همچنان گران و سنگین هستند و زمان شارژ و طول عمر آنها با آنچه برای یک خودروی ایده‌آل برقی مورد نیاز است فاصله زیادی دارند.
 
به همین دلیل پژوهشگران در طول چند دهه گذشته بر روی «باتری‌های لیتیومی جامد» کار کرده‌اند تا بتوانند باتری‌هایی با «ظرفیت انرژی بالاتر در واحد باتری» و «قابلیت شارژ سریع» تولید کنند.
اکنون پژوهشگران در دانشگاه هاروارد یک باتری لیتیومی جامد طراحی کرده‌اند که میتواند دست کم ده هزار بار با جریان الکتریکی با چگالی بالا شارژ شود. این طراحی میتواند عمر باتری خودروهای الکتریکی را تا ۱۵ سال افزایش دهد. کاتد مورد استفاده در این باتری هم اکنون نیز در بازار موجود است.
 
ساختار این «باتری جدید»، با «باتری‌های لیتیومی با الکترولیت مایع»، تفاوت‌های بنیادی دارد.
 
یکی از بزرگترین چالشها در باتری‌های لیتیومی جامد این است که با حرکت یون لیتیوم از کاتد به آند، در هنگام شارژ شدن باتری، دندریت‌های سوزنی شکلی پدید می‌آید که در نهایت به سوراخ شدن «لایه جدا کننده» آند و کاتد می‌انجامد و با اتصال کوتاه شدن، باتری آتش گرفته و یا خراب  میشود. برای پیشگیری از این آسیب، پژوهشگران دانشگاه هاروارد به یک طراحی ساندویچی متشکل از چند لایه از مواد با پایداري گوناگون روی آورده‌اند. 
 
این طراحی چند لایه موجب میشود که رشد دندریت‌ها محدود شود و نتوانند از لایه جدا کننده گذر کنند. این طراحی مثل یک ساندویچ ساده چند لایه نان-کاهو-گوجه-گوشت است. فرض کنید که به جای نان، «آند ساخته شده از لیتیوم جامد» است و به جای کاهو «پوشش گرافیتی» است و به جای گوجه «الکترولیت نخست» و به جای گوشت «الکترولیت دوم» است.
باتری لیتیومی جامد
لایه الکترولیت اول LPSCI است که در برابر لیتیوم پایدار است ولی دندریت میتواند از آن گذر کند. لایه دوم الکترولیت LGPS است که در برابر لیتیوم پایداری کمتری دارد ولی در برابر دندریت ایمن است.

 

در این باتری، اگر چه دندریت‌ها میتوانند از لایه گرافیت و الکترولیت نخست گذر کنند ولی در لایه‌ی الکترولیت دوم متوقف میشوند.

 

اگر چه این باتری هنوز در مرحله طراحی مفهومی است ولی یافته‌های پژوهشگران نشان میدهد که میتواند رقیب جدی برای باتری‌های لیتیوم یونی باشد.

 

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Nature منتشر شده است.
۴ آذر ۱۴۰۰
دانشگاه هروارد |

اگر این خبر را پسندیدید "خوش خبریم" را به ۲ نفر از دوستانتان معرفی کنید : ارسال این خبر به دوستان

دیدگاه بازدیدکنندگان

تعداد کاراکتر باقیمانده: 500
نظر خود را وارد کنید