تحول در باتری‌های لیتیومی؛ شارژ کامل در ۱۵ دقیقه با طراحی الکترولیت

ایرنا/باتری‌های لیتیوم‌ - فلزی می‌توانند انرژی بیشتری ذخیره کنند، سریع‌تر شارژ شوند و در شرایط سخت کار کنند؛ اما یک مشکل بزرگ دارند و آن اینکه شارژ سریع و ایمن آن‌ها تقریباً غیرممکن است.

اکنون پژوهشگران دانشگاه علم و فناوری چین با طراحی الکترولیتی با ساختار مولکولی جدید، این مشکل را حل کرده‌اند. باتری‌های ساخته‌شده با این الکترولیت می‌توانند در عرض ۱۵ دقیقه به طور کامل و ایمن شارژ شوند.

---

بازار

---

باتری‌های لیتیوم‌ - فلزی (LMB) نسل جدیدی از باتری‌های شارژشدنی هستند که در مقایسه با باتری‌های لیتیوم‌ - یونی رایج در گوشی‌ها و لپ‌تاپ‌ها، ظرفیت ذخیره انرژی بسیار بالاتری دارند. تفاوت اصلی در جنس آند (الکترودی که جریان از آن خارج می‌شود) است: در باتری‌های لیتیوم‌ - فلزی، آند از لیتیوم خالص ساخته شده، در حالی که باتری‌های معمولی از ترکیبات لیتیوم استفاده می‌کنند.

لیتیوم خالص انرژی بسیار بیشتری ذخیره می‌کند، اما چالش بزرگ این است که کنترل آن دشوارتر است و شارژ سریع و ایمن این باتری‌ها تا مدت‌ها غیرممکن به نظر می‌رسید.

مشکل کجاست؟

وقتی باتری شارژ می‌شود، الکترون‌ها و یون‌ها باید به‌سرعت از مرز بین الکترود و الکترولیت عبور کنند. به این فرآیند انتقال بار می‌گویند. اگر این انتقال کُند باشد، واکنش‌های شیمیایی با مشکل مواجه می‌شوند و عوارض جانبی خطرناکی ایجاد می‌کنند.

تهدید ساختارهای سوزنی‌شکل

مهم‌ترین این عوارض، تشکیل دندریت‌های لیتیوم است. این ساختارهای سوزنی‌شکل که در اثر واکنش‌های ناقص ایجاد می‌شوند، می‌توانند:

عملکرد باتری را مختل کنند؛

باعث از کارافتادن ناگهانی آن شوند؛

در بدترین حالت، منجر به آتش‌سوزی یا انفجار شوند.

راه‌حل از دل ساختار مولکولی

دایگن روان (Digen Ruan)، شونچیانگ چن (Shunqiang Chen) و همکارانشان در مقاله‌ای که در مجله معتبر نِیچِر انرجی/ Nature Energy منتشر شده، راه‌حلی تازه ارائه داده‌اند. آن‌ها با مهندسی مولکولی، ساختار حلال‌های الکترولیت را به‌گونه‌ای تغییر دادند که الکترون‌ها در یک کانال مسطح و منظم (PAEC) آرایش پیدا کنند.

این آرایش جدید، اتصال بین الکترون‌ها و یون‌های لیتیوم را تقویت می‌کند و سرعت واکنش‌های شیمیایی را به‌شدت افزایش می‌دهد. نتیجه انتقال بار سریع‌تر، بدون واکنش‌های جانبی مزاحم است.

نتیجه چشمگیر: ۱۵ دقیقه تا شارژ کامل

پژوهشگران این الکترولیت جدید را در باتری‌های نمونه (از نوع کیسه‌ای) آزمایش کردند. نتایج فراتر از انتظار بود:

باتری‌ها در ۱۵ دقیقه به طور کامل شارژ شدند؛

سرعت شارژ معادل ۴ برابر ظرفیت اسمی باتری بود؛

چگالی توان شارژ به هزار و ۷۴۷ وات بر کیلوگرم رسید؛

پایداری باتری در چرخه‌های مکرر شارژ حفظ شد.

این عملکرد در شرایط شارژ فوق سریع (UFC) بی‌سابقه است.

دریچه‌ای رو به آینده باتری‌ها

نویسندگان مقاله تأکید می‌کنند که این پژوهش، ارتباط بین ساختار الکترونی حلال و دینامیک انتقال بار را آشکار کرده است. این یافته می‌تواند راهبردی جدید برای طراحی الکترولیت‌ها در شرایط الکتروشیمیایی شدید ارائه دهد.

باتری‌های لیتیوم - فلزی هنوز در مراحل اولیه تولید هستند و به تجاری‌سازی کامل نرسیده‌اند؛ اما این دستاورد، گامی بلند در جهت تحقق باتری‌هایی با چگالی انرژی بالا، شارژ فوق‌سریع و ایمنی مطمئن است.

سخن پایانی

شاید روزی باتری گوشی شما در عرض یک ربع کاملاً شارژ شود و تا یک هفته دوام بیاورد؛ یا خودروی برقی‌تان در زمان صرف یک قهوه، انرژی کافی برای صدها کیلومتر مسیر را ذخیره کند. این پژوهش نشان می‌دهد که آن روز آن‌قدرها هم دور نیست؛ فقط کافی است به مولکول‌ها اجازه دهیم در مسیر درست حرکت کنند.

🔹"آخرین خبر" در روبیکا
🔹"آخرین خبر" در ایتا
🔹"آخرین خبر" در بله