صنعت |

ساخت یک باتری شبه جامد برای افزایش ایمنی و کارآیی خودرو‌های الکتریکی

گروهی از پژوهشگران ژاپنی، یک باتری لیتیوم-یونی غیر قابل اشتعال شبه جامد ساخته‌اند که می‌تواند محدودیت‌های باتری‌های معمولی را رفع کند.

کد خبر: ۱۲۱۵۸۹۵

دوشنبه - ۲۴ دی ۱۴۰۳ / January 13, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، پیشرفت‌های حوزه فناوری به استفاده گسترده از تجهیزات و وسایل نقلیه الکتریکی کمک کرده‌اند. این نوآوری‌ها نه تنها روش استفاده ساده‌ای دارند، بلکه با محیط زیست نیز سازگار هستند و می‌توانند جایگزینی برای سیستم‌های آلاینده مبتنی بر سوخت باشند.

باتری‌های لیتیوم-یونی به طور گسترده در تجهیزات و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شوند. باتری‌های لیتیوم-یونی تجاری شامل یک محلول الکترولیت آلی هستند که برای کارآمد کردن انرژی آنها ضروری است. با وجود این، اطمینان یافتن از ایمنی باتری‌های لیتیوم-یونی به یک نگرانی تبدیل شده و ممکن است با افزایش تقاضای بازار، دستیابی به آنها دشوار شود.

اگرچه باتری‌های حالت جامد می‌توانند به کاهش مشکلات ایمنی کمک کنند، اما رابط بین الکترود‌های جامد و الکترولیت برای انتقال بهینه لیتیوم-یون مناسب نیست. علاوه بر این، انبساط و انقباض الکترود‌های جامد می‌تواند رابط مشترک و انتقال یون را مختل کند. بنابراین، نیاز به توسعه باتری‌های حالت جامد کارآمد با رابط مشترک پایدار احساس می‌شود که بتواند ایمنی، کاربرد و عملکرد آنها را افزایش دهد.

گروهی از پژوهشگران ژاپنی به سرپرستی «ریوسوکه کیدو» (Ryosuke Kido) از «دانشگاه دوشیشا» (Doshisha University) و شرکت «تی‌دی‌کی» (TDK)، پروفسور «مینورو اینابا» (Minoru Inaba) و پروفسور «تاکایوکی دوی» (Takayuki Doi) از دانشگاه دوشیشا و «آتسوشی سانو» (Atsushi Sano) از شرکت تی‌دی‌کی، برای غلبه بر این چالش‌ها یک باتری لیتیوم-یونی غیر قابل اشتعال شبه جامد ساخته‌اند که می‌تواند بر محدودیت‌های باتری معمولی غلبه کند.

کیدو با ارائه اطلاعات بیشتر درباره پژوهش خود گفت: افزایش ظرفیت مواد فعال الکترود مثبت و منفی برای دستیابی به چگالی بالاتر انرژی، عملکرد و ایمنی چرخه را کاهش می‌دهد. حالت شبه جامد ضد شعله باتری ما با ترکیب یک الکترولیت مایع و یک الکترولیت جامد، جایگزین ایمن‌تر و بادوام‌تری را برای باتری‌های حالت تمام‌جامد با چگالی انرژی بالا ارائه می‌کند.

طراحی جدید باتری شامل یک الکترود منفی سیلیکونی و یک الکترود مثبت است که مواد نسل بعدی برای باتری‌های لیتیوم-یونی در نظر گرفته می‌شوند. این الکترود‌ها با یک ورق شیشه-سرامیک رسانای لیتیوم-یون جامد از هم جدا می‌شوند. پژوهشگران برای افزایش سازگاری و عملکرد الکترودها، محلول‌های الکترولیت غیر قابل اشتعال و تقریبا اشباع‌شده را متناسب با هر الکترود توسعه دادند. در محلول‌ها از تریس، فسفات و متیل استفاده شد که با الکترود‌ها و رابط الکترولیت جامد سازگار بودند. باتری‌های شبه جامد در آزمایش‌ها هدایت یونی عالی، پایداری حرارتی و عملکرد الکتروشیمیایی را نشان دادند.

به طور کلی، باتری‌های لیتیوم-یون جدید توسعه‌یافته در این پژوهش می‌توانند توسعه نسل بعدی خودرو‌های الکتریکی کارآمدتر و ایمن‌تر و وسایل بی‌سیم مانند پهپاد‌ها را افزایش دهند. کاربرد گسترده این باتری‌ها نه تنها می‌تواند راحتی کاربر را بهبود ببخشد، بلکه به رشد اقتصادی پایدار نیز کمک می‌کند.

کیدو پیامد‌های بلندمدت پژوهش خود را این گونه به پایان رساند: در حالی که جهان به سمت انتشار صفر کربن حرکت می‌کند، وسایل نقلیه الکتریکی در سال‌های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. توسعه باتری‌های بسیار ایمن با طول عمر بالا برای خودرو‌های الکتریکی حیاتی است. باتری شبه جامد ما پتانسیل بهبود طول عمر باتری‌های مایع و افزایش چگالی انرژی را همراه با حفظ ایمنی باتری‌های حالت تمام جامد دارد.

این پژوهش، گامی به سوی توسعه نسل بعدی راهبرد‌های ذخیره انرژی است که ایمنی، کارآیی و پایداری محیطی را متعادل می‌کنند.