ماشین‌های الکتریکی تنها در ۶ دقیقه شارژ می‌شوند / بهبود باتری‌های یون لیتیومی

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو؛ با تلاش شرکت تسلا، بازار خودرو‌های الکتریکی در سراسر جهان درحال رشد است. برخلاف ماشین‌های عادی که از موتور‌های احتراق درونی استفاده می‌کنند، ماشین‌های الکتریکی با باتری‌های یونی لیتومی نیروبخشی می‌شوند، پس، عملکرد باتری، عملکرد کلی ماشین را تعریف خواهد کرد. با این حال، سرعت شارژ آهسته و عملکرد ضعیف، موانعی هستند که باید بر آن‌ها غلبه کرد. با روشن شدن این مشکلات، گروه تحقیقاتی POSTECH دانشگاه علم و فناوری پوهانگ، اخیرا، مواد باتری برای ماشین‌های الکتریکی توسعه داده‌اند که سریع‌تر شارژ شده و مدت زمان طولانی‌تری کار می‌کند.

تیم تحقیقاتی این دانشگاه با همکاری دانشگاه سونگ کیون کوان برای اولین بار ثابت کردند که وقتی ماده الکترود باتری یون لیتومی را شارژ و تخلیه کنید، انرژی بالا می‌تواند با کاهش قابل توجه در زمان شارژ و تخلیه باتری بدون کاهش اندازه ذرات شکل بگیرد.

تاکنون، برای شارژ و تخلیه سریع باتری‌های یون لیتومی، روش‌هایی که اندازه ذرات ماده الکترود را کاهش بدهد، بسیار استفاده شده‌اند. با این حال، کاهش اندازه ذرات باعث کاهش چگالی انرژی ولتاژ باتری می‌شود.

برای انجام این کار، گروه تحقیقاتی بیان کرده‌اند که اگر یک فاز حدواسط در فاز گذار طی شارژ و تخلیه باتری تشکیل شود، انرژی می‌تواند بدون از دست دادن چگالی بالا یا کاهش اندازه ذرات طی شارژ و تخلیه، تولید شده و باعث توسعه باتری‌های یون لیتیومی بادوام شود.

درمورد مواد جداکننده فاز که هنگام شارژ و تخلیه، فرآیند ایجاد و رشد فاز جدید را طی می‌کنند، دو فاز با حجم‌های مختلف درون یک ذره تنها وجود دارد که منجر به نقص ساختاری زیاد در رابط دو فاز می‌شود. این نقص‌ها رشد سریع فاز جدید درون ذرات را مسدود کرده و برای شارژ و تخلیه سریع مزاحمت ایجاد می‌کند.

با استفاده از روش سنتز توسعه یافته توسط تیم تحقیق، می‌توان یک فاز حدواسط ایجاد کرد که بعنوان ساختار بافر عمل کرده و بطور چشمگیری تغییر حجم بین دو فاز در ذره را کاهش دهد.

علاوه بر این، این موضوع تایید شده که این فاز حداوسط بافری می‌تواند به ایجاد و رشد یک فاز جدید درون ذره کمک کرده، سرعت الحاق و حذف لیتیوم در ذره را بهبود دهد. این به نوبه خود ثابت کرد که تشکیل فاز حدواسط می‌تواند بوسیله واکنش الکتروشیمیایی همگن در الکترودی که از ذرات بیشماری تشکیل شده، بطور چشمگیری شارژ و تخلیه سلول را افزایش دهد. درنتیجه، الکترود‌های باتری یون لیتیومی که توسط محققان ساخته شده و در شش دقیقه تا ۹۰ درصد شارژ شده و در ۱۸ ثانیه تا ۵۴ درصد خالی می‌شود، نوید توسعه باتری‌های یون لیتومی با قدرت بالا را می‌دهد.

محققان بیان داشتند که رویکرد معمولی همیشه بین چگالی کم انرژی و سرعت شارژ و تخلیه سریع به دلیل کاهش اندازه ذرات مبادله برقرار می‌کند. این تحقیق اساس توسعه باتری‌های یون لیتیومی که می‌تواند به شارژ و تخلیه سریع، چگالی انرژی بالا و عملکرد مداوم کمک کند را طرح‌ریزی کرده است.