راهکار پژوهشگران دانشکدگان فنی دانشگاه تهران برای بهبود عملکرد باتری‌های لیتیوم-یونی

پژوهشگران دانشکدگان فنی دانشگاه تهران در مطالعه‌ای برای اولین بار روشی نوین برای بهبود عملکرد باتری‌های ساختاری لیتیوم-یونی ارائه کردند.

کد خبر: ۱۲۱۵۷۶۸

دوشنبه - ۲۴ دی ۱۴۰۳ / January 13, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، نتایج پژوهشی که به سرپرستی دکتر مجتبی حقیقی یزدی، عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشکدگان فنی دانشگاه تهران و با همکاری پویا گرجی، دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک دانشگاه تهران و دکتر مارال قهرمانی، عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس انجام شده است، نشان می‌دهد که استفاده از موادی از جمله بایندر پلی‌یورتان (Polyurethane) و جمع‌کننده‌های جریان فیبر کربنی در الکترود‌های LiFePO₄ باتری‌های لیتیوم-یونی، می‌تواند به ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی، پایداری چرخه‌ای و کارایی کلی این باتری‌ها کمک کند.

دکتر حقیقی یزدی، و سرپرست گروه تحقیقاتی درباره کارایی باتری‌های لیتیوم-یونی گفت: «باتری‌های لیتیوم-یونی به دلیل مزایایی نظیر چگالی انرژی بالا، عمر طولانی و کارایی مناسب، نقشی کلیدی در تأمین انرژی ابزار‌های الکترونیکی و خودرو‌های الکتریکی ایفا می‌کنند. اما این باتری‎‌ها دچار چالش‌هایی، چون کاهش ظرفیت در طول زمان و پایداری ضعیف در شرایط دمایی مختلف هستند. در مطالعه اخیر تلاش شده است که با ارائه راهکاری نوین، این چالش‌ها تا حدودی رفع شود.»

وی در خصوص نحوه انجام این پژوهش گفت: «در این پژوهش، از بایندر‌های PU و PVDF-HFP-g-PSSA به عنوان جایگزین بایندر‌های سنتی استفاده شده است. بایندر‌ها به عنوان چسباننده‌های اجزای الکترود، نقش مهمی در استحکام مکانیکی و کارایی الکتروشیمیایی ایفا می‌کنند. این بایندر‌ها با کاهش غلظت قطبیت (Concentration Polarization) مسیر‌های همواری را برای انتقال یون لیتیوم درون الکترود فراهم می‌کنند. همچنین با انعطاف‌پذیری بالا و مقاومت شیمیایی و مکانیکی قابل توجه، از تخریب ساختار کاتد‌ها و جدا شدن مواد فعال الکترودی از سطح جمع‌کننده‌های جریان ناشی از نوسانات حجمی الکترود‌ها که عمدتاً در اثر ورود و خروج مکرر یون‌ها در چرخه‌های شارژ و دشارژ رخ می‌دهد، می‌توانند عملکرد بهتری نسبت به بایندر‌های رایج داشته باشند.»

دکتر حقیقی افزود: «از سوی دیگر، در این مطالعه جمع‌کننده جریان فیبر کربنی جایگزین مواد سنتی مانند آلومینیوم و مس شده است. این ماده به دلیل سبکی، مقاومت در برابر خوردگی و رسانایی بالا و همچنین امکان ذخیره انرژی به دلیل ساختار کربنی، نقش مهمی در کاهش وزن باتری و افزایش کارایی آن ایفا می‌کند. ترکیب هم‌زمان این دو نوآوری باعث شده است که عملکرد الکتروشیمیایی و مکانیکی الکترود‌های LiFePO₄ به طور قابل توجهی بهبود یابد.»

دکتر حقیقی یزدی در ادامه اظهار داشت: «آزمایش‌های انجام شده در این پژوهش نشان داده‌اند که استفاده از بایندر‌های PU و PVDF-HFP-g-PSSA و جمع‌کننده‌های جریان فیبر کربنی، ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی و تعداد چرخه‌های شارژ و دشارژ باتری را به طور قابل‌توجهی بهبود می‌بخشد. این ترکیب نوین همچنین باعث افزایش طول عمر باتری و بهبود پایداری مکانیکی آن در ابعاد ماکرو و میکرو می‌شود. افزون بر این، استفاده از این مواد در باتری لیتیوم-یونی، هزینه‌های تولید این باتری را نیز کاهش می‌دهد.»

وی تأکید کرد: «این یافته‌ها می‌توانند در ساخت تجهیزات مختلفی از جمله خودروی الکتریکی، هواپیما، ماهواره، سامانه ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ و ابزار‌های الکترونیکی پیشرفته مورد استفاده قرار گیرند. کاهش وزن باتری، افزایش کارایی و بهبود پایداری چرخه‌ای از جمله مزایای کلیدی این دستاورد‌ها محسوب می‌شوند.»