رسوب‌دهی لایه‌اتمی برای توسعه باتری‌های حالت جامد در اروپا

باتری‌های حالت‌جامد (SSB) به‌عنوان نسل آینده باتری‌ها در مقایسه با باتری‌های رایج لیتیوم-یونی شناخته می‌شوند، اما با وجود تلاش‌های تحقیقاتی گسترده، تعداد کمی از این باتری‌ها تاکنون به مرحله تجاری‌سازی رسیده‌اند و اکنون کنسرسیومی در اروپا برای حل چالش‌های این حوزه تشکیل شده است.

کد خبر: ۱۲۴۳۴۱۲

جمعه - ۰۸ فروردين ۱۴۰۴ / March 28, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، یکی از چالش‌های اصلی تجاری‌سازی باتری‌های حالت‌جامد، ترکیب پایدار مواد مورد استفاده در این فناوری است. حال، کنسرسیومی متشکل از محققانی از آلمان، اسلوونی و نروژ، تحت پروژه‌ای موسوم به FUNCY-SSB ( فانکی‌-اس‌اس‌بی)، قصد دارد در طول سه سال آینده این چالش را برطرف کند.

این نوع باتری‌ها به دلیل چگالی انرژی بالاتر، به‌ویژه در صنعت حمل‌ونقل، بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. عنصر کلیدی برای عملکرد بهینه این باتری‌ها، الکترولیت حالت‌جامد (SSE) است. با این‌حال، استفاده از این الکترولیت‌ها چالش‌هایی را به همراه دارد که شامل رسانایی یونی، قابلیت پردازش، قابلیت بازیافت و پایداری زیست‌محیطی می‌شود. افزون بر این، کنترل دقیق رابط میان ماده فعال و الکترولیت جامد از اهمیت بالایی برخوردار است.

ترکیب الکترولیت‌های پلیمری و معدنی، رویکردی نوین برای حل این چالش‌ها محسوب می‌شود. با این‌حال، این ترکیب صرفاً با مخلوط کردن ساده پلیمر و مواد معدنی حاصل نمی‌شود. چالش اصلی نه‌تنها در سازگاری مواد، بلکه در بهبود انتقال یون‌های لیتیوم بین فازهای مختلف الکترولیت است. طراحی دقیق این رابط و استفاده از لایه‌های پوششی محافظ، می‌تواند هم به افزایش راندمان انتقال یون‌ها و هم محافظت از الکترولیت سولفیدی در برابر رطوبت کمک کند.

پروژه FUNCY-SSB (پوشش‌های عملکردی برای الکترولیت‌های سولفیدی در باتری‌های حالت‌جامد لیتیومی) بر توسعه الکترولیت‌های جامد پایدار با عملکرد الکتروشیمیایی بهبودیافته تمرکز دارد. در این راستا، پوشش‌های سطحی عملکردی به‌منظور ترکیب الکترولیت‌های سولفیدی با پلیمرهای متنوع به کار گرفته می‌شوند. همچنین، پوشش‌های معدنی که از طریق رسوب‌دهی لایه‌اتمی (ALD) تولید می‌شوند، انتقال یون‌های لیتیوم را از طریق پلیمر به درون الکترولیت سولفیدی بهینه می‌کنند. این اقدامات، نه‌تنها پایداری و طول عمر باتری‌ها را افزایش می‌دهد، بلکه چگالی انرژی آنها را نیز ارتقا می‌بخشد.

اکنون، داده‌های محدودی در مورد بازیافت‌پذیری و پایداری تولید الکترولیت‌های جامد موجود است. این مسائل اغلب پس از توسعه مواد مورد بررسی قرار می‌گیرند، در حالی که در پروژه FUNCY-SSB، از ابتدای فرآیند طراحی مواد، ملاحظات زیست‌محیطی و اقتصادی مدنظر قرار می‌گیرد.

مطالعات بازیافت و تحلیل پتانسیل اقتصادی و زیست‌محیطی، هم‌زمان با توسعه مواد انجام خواهد شد تا امکان تولید پایدار این باتری‌ها بررسی شود. علاوه بر این، همکاری با شرکای صنعتی، به ارزیابی پتانسیل تولید در مقیاس صنعتی کمک خواهد کرد.

همچنین، این پروژه از فناوری‌های معنایی برای دیجیتالی‌سازی فرآیند سنتز و تولید باتری‌ها استفاده خواهد کرد. این اقدام، علاوه بر بهبود هماهنگی داده‌ها و کاهش خطاهای فرآیندی، سرعت توسعه فناوری‌های نوین در این حوزه را افزایش خواهد داد.

دکتر گوئینور گیفین (Guinevere Giffin)، هماهنگ‌کننده پروژه و رئیس علمی مرکز تحقیقاتی Fraunhofer R&D Center Electromobility در مؤسسه Fraunhofer ISC، در این خصوص اظهار داشت: «در پایان پروژه FUNCY-SSB، ما قصد داریم مفهوم نوینی از الکترولیت‌های حالت‌جامد را ارائه دهیم که عملکرد باتری‌ها را بهبود بخشیده و پایداری آنها را افزایش دهد. افزون بر این، رویکرد ما در طراحی مواد، که از ابتدا مسائل مربوط به بازیافت و تولید پایدار را در نظر می‌گیرد، می‌تواند به‌عنوان الگویی برای توسعه سایر الکترولیت‌های حالت‌جامد به کار گرفته شود.»

اثبات این مفهوم در قالب سلول‌های نمونه اولیه باتری‌های پاوچ، که به فشار خارجی کمتری در حین استفاده نیاز دارند، کارایی و امکان‌پذیری این رویکرد نوآورانه را نشان خواهد داد. در نهایت، این پروژه نقشی کلیدی در دستیابی به مواد و اجزای باکیفیت برای باتری‌های آینده ایفا کرده و به افزایش رقابت‌پذیری ملی و اروپایی در حوزه تحقیق و توسعه باتری‌های نسل جدید کمک خواهد کرد.

پروژه FUNCY-SSB در فراخوان مشترک سال ۲۰۲۳ شبکه M-ERA.NET ۳، که تحت حمایت اتحادیه اروپا قرار دارد، انتخاب شده است. این پروژه توسط وزارت فدرال آموزش و تحقیقات آلمان (BMBF)، مرکز تحقیقات Jülich، شورای تحقیقات نروژ (RCN) و وزارت آموزش عالی، علوم و نوآوری اسلوونی (MVZI) تأمین مالی می‌شود.

مدت‌زمان پروژه: سپتامبر ۲۰۲۴ تا اوت ۲۰۲۷

کل بودجه: ۱.۶۴۸.۰۳۵ یورو

سطح آمادگی فناوری (TRL): بین ۲ تا ۴

شرکای پروژه

مؤسسه تحقیقات سیلیکات Fraunhofer ISC (هماهنگ‌کننده)، آلمان

دانشگاه اسلو (University of Oslo)، نروژ

مؤسسه ملی شیمی (National Institute of Chemistry)، اسلوونی

شرکت سی‌لیب (cylib GmbH)، آلمان

شرکت یورا (EurA AG)، آلمان

شرکت مورو تکنولوژیز (Morrow Technologies AS)، نروژ

همکار وابسته: شرکت اسپسیفیک پلیمرز (Specific Polymers)، فرانسه