محققان طول عمر باتری لیتیومی را با کمک آب ۷۵۰ درصد افزایش دادند

به نقل از آی‌ای، این گروه پژوهشی یک غشای ابتکاری را با کانال‌های توخالی ساخته‌اند که جریان یون را برای پوشش لیتیومی ثابت هدایت می‌کند. طراحی سازگار با محیط زیست این غشا از لایه‌های نانوالیاف توخالی برای افزایش پایداری لیتیوم و طول عمر باتری‌های لیتیومی نسل بعدی استفاده می‌کند.

پروفسور «ایل دو کیم»(Il-Doo Kim) از پژوهشگران این پروژه گفت: ما با استفاده از عملکردهای محافظتی فیزیکی و شیمیایی توانستیم واکنش‌های برگشت‌پذیر بین فلز لیتیوم و الکترولیت را به طور موثرتری هدایت کنیم و به سرکوب رشد دندریت بپردازیم تا آندهای لیتیوم را با طول عمر بی‌سابقه بسازیم.

باتری‌های قابل شارژ پیشرفت کرده‌اند اما ظرفیت ذخیره انرژی آنها محدود است. با وجود این، آندهای لیتیوم با چالش‌هایی مانند رشد دندریت روبه‌رو هستند که به کارآیی ضعیف، تغییرات حجم و خطرات ایمنی منجر می‌شود. این مشکلات از واکنش‌های سطحی بین لیتیوم و الکترولیت‌های آلی ناشی می‌شوند که لایه‌های «اینترفاز الکترولیت جامد»(SEI) ناپایدار را تشکیل می‌دهند.

به گفته پژوهشگران، لایه‌های ایده‌آل اینترفاز الکترولیت جامد احتمالا با تثبیت واکنش‌های شیمیایی و مقاومت در برابر تنش‌های مکانیکی در طول چرخه می‌توانند از آسیب دیدن باتری جلوگیری کنند. لایه‌های مصنوعی اینترفاز الکترولیت جامد با استفاده از موادی مانند چارچوب‌های فلزی-آلی و لایه‌های پلیمری، راه‌حل‌هایی را ارائه می‌دهند اما هزینه‌های بالا، فرآیندهای پیچیده و عملکردهای محدود را به همراه دارند.

جایگزین‌های مبتنی بر پلیمر اغلب به چندین مرحله و افزودنی نیاز دارند. روش‌های سازگار با محیط زیست که از مواد زیست‌سازگار استفاده می‌کنند، امیدوارکننده هستند اما برای کاربرد گسترده باید به پایداری و دفع آنها توجه داشت.

پژوهشگران در این پروژه، یک غشای مصنوعی دو منظوره را از اینترفاز الکترولیت جامد با استفاده از فرآیند الکتروریسی پایدار ایجاد کردند. مواد به‌کاررفته در این غشا زیست‌سازگار و قابل پردازش با آب هستند و فرآیند تولید زیست‌سازگار و مبتنی بر آب را امکان‌پذیر می‌سازند. این غشاء دارای نانوالیاف توخالی منحصربه‌فرد است که انتقال لیتیوم-یون را افزایش می‌دهند.

آندهای لیتیوم با این لایه محافظ، ۷۵۰ درصد بهبود طول عمر را نسبت به آندهای معمولی نشان دادند. باتری پس از ۳۰۰ چرخه، ۹۳.۳ درصد ظرفیت خود را حفظ کرد و یک عملکرد استثنایی را نشان داد.

این پژوهش در مجله «Advanced Materials» به چاپ رسید.