مواد و ساخت پیشرفته

محققان دانشگاه علم و فناوری پوهانگ با استفاده از ذرات میکروسیلیکون و الکترولیت‌های ژل پلیمری، یک سیستم باتری لیتیوم یونی با چگالی انرژی بالا را توسعه داده‌اند. محققان مشتاقانه در حال بررسی استفاده از سیلیکون به دلیل ظرفیت ذخیره‌سازی بالای آن به عنوان ماده آند در باتری‌های لیتیوم یون برای خودروهای الکتریکی در این حوزه هستند. اما استفاده از سیلیکون به‌عنوان ماده باتری چالش‌های جدی ایجاد می‌کند زیرا در طول شارژ بیش از سه بار منبسط می‌شود و سپس در حین تخلیه به اندازه اولیه خود منقبض می‌شود که به طور قابل‌توجهی بر کارایی باتری تأثیر می‌گذارد.

استفاده از سیلیکون در اندازه نانو تا حدی این مشکل را برطرف می‌کند اما فرآیند تولید پیچیده و به شدت گران است ولی در مقابل، سیلیکون با اندازه میکرو از نظر هزینه و چگالی انرژی بسیار کاربردی است. با این حال، مسئله انبساط ذرات سیلیکون بزرگ‌تر در طول کار با باتری آشکارتر می‌شود و محدودیت‌هایی را برای استفاده از آن به عنوان ماده آند ایجاد می‌کند. این تیم تحقیقاتی از الکترولیت‌های پلیمری ژل برای توسعه یک سیستم باتری مبتنی بر سیلیکون اقتصادی و در عین حال پایدار استفاده کردند. الکترولیت درون باتری لیتیوم یونی یک جزء حیاتی است که حرکت یون‌ها بین کاتد و آند را تسهیل می‌کند.

برخلاف الکترولیت‌های مایع معمولی، الکترولیت‌های ژل در حالت جامد یا ژل وجود دارند که با ساختار پلیمری الاستیک مشخص می‌شود و پایداری بهتری نسبت به همتایان مایع خود دارد. این تیم تحقیقاتی از یک پرتو الکترونی برای ایجاد پیوندهای کووالانسی بین ذرات میکروسیلیکون و الکترولیت‌های ژل استفاده کردند. این پیوندهای کووالانسی برای پراکنده کردن تنش داخلی ناشی از انبساط حجم در طول کار باتری لیتیوم یون، کاهش تغییرات در حجم میکرو سیلیکون و افزایش پایداری ساختاری نقش آفرینی می‌کنند. نتیجه قابل توجه بود: باتری حتی با ذرات میکرو سیلیکونی (5 میکرومتری) که صد برابر بزرگ‌تر از آندهای سنتی نانوسیلیکون است، عملکرد پایداری داشت. این رویکرد جدید، مشکل انبساط حجمی مرتبط با سیلیکون را حل می‌کند و امکان استفاده از ذرات بزرگ‌تر و مقرون به صرفه‌تر را فراهم می‌کند و همچنین رسانایی یونی این سیستم توسعه‌یافته بهبود تقریبی 40 درصد در چگالی انرژی را نشان داد.

منبع

ارتباط با ستاد در صفحات تلگرام - اینستاگرام - بله