تا حالا شده باتری موبایلت زود خالی شه یا باتری ماشین برقی هی زود خراب شه و اعصابتو خورد کنه؟ خب، خبر داغ دارم: یه تیم دانشمند از چین (از دانشگاه Hebei و Longyan) یه راهکار جدید براش پیدا کردن که احتمالاً قراره مشکل همیشگیِ زود خراب شدن باتریای لیتیوم رو حل کنه.
قضیه چیه؟ این دانشمندا اومدن یه جور پوشش دو لایه ساختن و بهش میگن “LiF@spinel” که یه جور ترکیب هوشمندانه از دو تا لایه محافظه. هدفش اینه که جلوی آسیب دیدن سطح کاتد رو بگیره و باعث بشه باتری جون بیشتری بگیره. (کاتد همون قسمت مثبته که تو باتریا خیلی تعیین‌کننده‌ست)
حالا باتری‌های لیتیوم-یون (همینایی که تو گوشی و لپ‌تاپ و ماشین برقی می‌بینیم) فوق‌العاده سبکن و انرژی زیادی جمع میکنن، واسه همینم تو دوره گذار به انرژی پاک خیلی مهمن. اما مشکلاتی دارن: مثلاً کاتدشون ثبات خوبی نداره و با هر شارژ و دشارژ کم‌کم ظرفیتشون میاد پایین. گاهی هم ممکنه گرم بشن یا حتی آتیش بگیرن. تازه برای ساخت این باتریا به فلزایی مثل کبالت و نیکل نیاز داریم که هم گرونن، هم پیدا کردنشون سخته.
حالا دانشمندا دنبال این بودن که باتریایی بسازن که هم ظرفیتشون بیشتر باشه، هم دیرتر خراب شن و هم خطر کمتری داشته باشن. یکی از گزینه‌ها “کاتد لیتیومی-غنی” (Lithium-rich layered oxides یا LRMO؛ معادلش یعنی یه نوع مواد که توشون لیتیوم زیادی هست و قیمت پایین‌تری دارن و انرژی بیشتری نگه می‌دارن) بود. ولی اینا هم مشکل دارن: مثلاً وقتی ولتاژشون زیاد میشه، کمی اکسیژن آزاد میکنن یا ساختارشون فرو میریزه و بینشون خوردگی میوفته. نتیجه؟ کاهش ولتاژ و از دست رفتن فلزات مهم.
تا حالا انواع پوشش برای محافظت داشتن امتحان میشد، ولی یا جلوی حرکت یون لیتیوم رو میگرفتن، یا موقع استفاده‌های زیاد کنده میشدن. اما تو این مدل جدید، تیم چینی اومده اول یه لایه “spinel” (یه نوع ماده معدنی که ساختار سه‌بعدی داره و اجازه میده یونها راحت رفت و آمد کنن) مستقیماً روی سطح کاتد ساخته. بعد روشو با یه لایه دیگه یعنی “LiF” (که مقاومتش جلوی مواد شیمیایی خیلی بالاست) پوشونده و محکم هم به سطح چسبونده. این طوری هم جلوی خوردگی گرفته میشه هم یونها می‌تونن راحت جابجا شن.
اینا حتی با تکنیکای پیشرفته مثل میکروسکوپ الکترونی (یک دستگاه خیلی دقیق برای دیدن ساختار مواد) و طیف‌سنجی نشون دادن که این دو لایه کاملاً به هم چسبیدن.
و اما نتایج آزمایش: مثلاً تو یه تست، وقتی با شدت جریان 2C (واحدی برای سرعت شارژ/دشارژ؛ هرچی بیشتر باشه یعنی سریع‌تر شارژ یا خالی میشه) باتری رو شارژ و خالی کردن، بعد ۱۵۰ سیکل هنوز ۸۱.۵ درصد ظرفیت اصلیش مونده بود، در حالی که مدل بدون پوشش فقط ۶۳.۲ درصد ظرفیتش رو نگه داشته بود! حتی تو تستایی که با شدت خیلی بالاتر (۵C) زدن، باز هم بیش از ۸۰ درصد ظرفیت حفظ شد. تازه مقاومت الکتریکی هم کمتر شد و مواد خورنده کمتری ساخته شد؛ یعنی همه چی عالی پیش رفت!
این پیشرفت یعنی چی؟ یعنی احتمالاً طول عمر و ظرفیت باتریا تو وسایلی مثل ماشین‌های برقی، موبایل‌ها و حتی تو سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی و بادی زیادتر بشه. تازه این روش راحت میشه برای مواد دیگه‌ی ناپایدار هم استفاده کرد و کلی مرزهای تازه تو ذخیره‌سازی انرژی باز کرد.
البته یادت باشه این پروژه با حمایت مالی دانشگاه Hebei، بنیاد ملی علوم چین و چند نهاد علمی دیگه انجام شده و نتایجش تو مجله Energy Materials and Devices منتشر شده (یعنی هم اعتبار داره، هم پشتش حسابی تحقیق کردم).
در کل، شاید همین پوشش جادویی یکی دو سال دیگه باتریاتو رو مثل روز اول نگه داره و کلاً فاز جدیدی تو دنیای باتریا شروع بشه. منتظر باش!
منبع: +
