به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز؛ باتریهای لیتیوم-یون سالهاست که جزء اصلی تولید دستگاهها هستند، اما الکترولیتهای مایعی که برای عملکرد به آنها متکی هستند، کاملاً ناپایدارند و منجر به خطرات آتشسوزی و نگرانیهای ایمنی میشوند. اکنون، محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا در حال دنبال کردن یک راهحل ذخیرهسازی انرژی جایگزین قابل اعتماد برای استفاده در لپتاپها، تلفنها و وسایل نقلیه الکتریکی هستند: الکترولیتهای حالت جامد.
به گفته هونگتائو سان، استادیار مهندسی صنایع و تولید، باتریهای حالت جامد - که به جای الکترولیتهای مایع از SSE استفاده میکنند - جایگزین اصلی باتریهای لیتیوم-یون سنتی هستند. او توضیح میدهد که اگرچه تفاوتهای کلیدی وجود دارد، اما باتریها در سطح بنیادی به طور مشابه عمل میکنند.
سان میگوید: باتریهای قابل شارژ حاوی ۲ الکترود داخلی هستند: یک آند در یک طرف و یک کاتد در طرف دیگر. الکترولیتها به عنوان پلی بین این ۲ الکترود عمل میکنند و انتقال سریع رسانایی را فراهم میکنند. باتریهای لیتیوم-یون از الکترولیتهای مایع استفاده میکنند، در حالی که باتریهای حالت جامد از SSEها استفاده میکنند.
سان توضیح میدهد که باتریهای حالت جامد در مقایسه با باتریهای لیتیوم-یون سنتی، پایداری و ایمنی بهتری ارائه میدهند، اما با چالشهای متعددی در تولید و رسانایی مواجه هستند. به عنوان مثال، دمای بالای ایجاد شده در فرآیند ساخت، به ویژه با SSEهای مبتنی بر سرامیک، میتواند مانع تولید و اجرای عملی آنها شود.
سان و تیمش برای غلبه بر این چالش، از تکنیکی به نام پخت سرد استفاده کردند. تکنیک فرآیندی است که در آن مواد پودری گرم میشوند، با یک حلال مایع تیمار میشوند و به شکل متراکمتری فشرده میشوند. این روش به عنوان «پخت سرد» شناخته میشود، زیرا در دماهای پردازش بسیار پایینتری نسبت به پخت سنتی عمل میکند و در عوض به فشار اعمال شده و مقدار کمی حلال مایع برای تکمیل فرآیند متکی است.
بیشتر بخوانید:
افزایش طول عمر باتری لپتاپ با چند ترفند ساده
SSEهای سنتی مبتنی بر سرامیک معمولاً از دانههای پلی کریستالی - موادی که از صدها کریستال کوچک تشکیل شدهاند - تشکیل شدهاند که توسط مرزهای دانه از هم جدا شدهاند. به گفته سان، این مرزهای دانهای به عنوان نقصهایی در نظر گرفته میشوند که مانع انتقال یونهای رسانا میشوند. برای کاهش اتلاف رسانایی در SSEهای مبتنی بر سرامیک، تیم سان یک ژل مایع پلی یونی (PILG) را با سرامیکهای LATP به طور همزمان پخت کرد تا یک SSE کامپوزیتی پلیمر در سرامیک تشکیل دهد، که به دلیل پایداری و رسانایی بالا، مادهای ایدهآل برای استفاده است.
ژل مایع پلی یونی به عنوان یک «مرز دانه» بسیار رسانا در SSE عمل میکند و انتقال یون را از طریق مرزهای مهندسی شده به جای رابطهای طبیعی مستعد نقص، تسهیل میکند. سان میگوید که این تیم در ابتدا تلاش کرد تا از روش سنتی پخت در دمای بالا برای توسعهSSE های جدید خود استفاده کند، اما بلافاصله با مشکلاتی مواجه شدند.
سان میافزاید: یکی از چالشهای ساختSSE های کامپوزیتی مبتنی بر LATP این است که دمای پخت سرامیک بسیار بالا است، تا جایی که پخت سنتی در واقع هرگونه افزودنی مانند ترکیب پلیمری را قبل از اینکه سرامیک به درستی متراکم شود، میسوزاند. به همین دلیل است که ما مجبور شدیم پخت سرد را اجرا کنیم تا دماها را بسیار پایینتر نگه داریم.
فناوری پخت سرد در ابتدا در سال ۲۰۱۶ از طریق یک پروژه تحقیقاتی به رهبری کلایو رندال، مدیر موسسه تحقیقات مواد دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و استاد برجسته علوم و مهندسی مواد، توسعه یافت. کاربرد آن در توسعه باتریهای حالت جامد در سال ۲۰۱۸ مطرح شد، زمانی که یک محقق پسادکتری، الکترولیتهای کامپوزیت سرامیکی پخت سرد را توسعه داد.
به گفته سان، پخت سنتی به دمایی حدود ۸۰ درصد از نقطه ذوب ماده نیاز دارد که برای ترکیبات سرامیکی مانند LATP به راحتی میتواند به ۹۰۰ تا هزار درجه سانتیگراد برسد.
سان توضیح میدهد: برای این کاربرد، توانستیم دمای پخت خود را بسیار پایین، حدود ۱۵۰ درجه سانتیگراد، نگه داریم. این به ما امکان میدهد انواع مختلف مواد را با استفاده از فرآیند پخت سرد، صرف نظر از دمای پردازش متمایز آنها، به شکلی بسیار متراکم ادغام کنیم.
انتهای پیام/
نظر شما