بهبود عملکرد و طول عمر – دانشمندان معمای باتری را حل می کنند
محققان KIT فرآیندهای شیمیایی رخ داده در الکترودهای باتریهای لیتیوم یون را مشخص کردهاند.
باتری های لیتیوم یون به بخش مهمی از زندگی روزمره ما تبدیل شده اند و به لطف تشکیل یک لایه غیرفعال در طول چرخه شارژ اولیه خود عمل می کنند. از طریق شبیهسازی، محققان مؤسسه فناوری کارلسروهه (KIT) دریافتند که فاز میانی الکترولیت جامد مستقیماً در الکترود تشکیل نمیشود، بلکه در محلول تجمع مییابد.
دانشمندان یافته های خود را در مجله Advanced Energy Materials منتشر کرده اند. نتایج آنها راه را برای بهینه سازی عملکرد و طول عمر باتری های آینده هموار می کند.
از گوشیهای هوشمند گرفته تا خودروهای الکتریکی – هر جا که به یک منبع انرژی موبایل نیاز باشد، تقریباً همیشه یک باتری لیتیوم یونی است که این کار را انجام میدهد. بخش اساسی از عملکرد قابل اعتماد این باتری و سایر باتری های الکترولیت مایع، فاز بین فاز الکترولیت جامد (SEI) است. این لایه غیرفعال زمانی تشکیل می شود که ولتاژ برای اولین بار اعمال شود. الکترولیت در مجاورت سطح در حال تجزیه است.
تاکنون مشخص نشده بود که چگونه ذرات موجود در الکترولیت ها لایه ای با ضخامت 100 نانومتر بر روی سطح الکترود تشکیل می دهند زیرا واکنش تجزیه تنها در فاصله چند نانومتری از سطح امکان پذیر است.
لایه غیرفعال سازی روی سطح آند برای ظرفیت الکتروشیمیایی و طول عمر باتری لیتیوم یونی بسیار مهم است زیرا در هر چرخه شارژ تحت فشار زیادی قرار می گیرد. هنگامی که SEI در طول این فرآیند شکسته می شود، الکترولیت بیشتر تجزیه می شود و ظرفیت باتری کاهش می یابد – فرآیندی که طول عمر باتری را تعیین می کند.
با دانش درست از رشد و ترکیب SEI، می توان خواص باتری را کنترل کرد. اما تاکنون، هیچ رویکرد آزمایشی یا کامپیوتری برای رمزگشایی از فرآیندهای رشد پیچیده SEI که در مقیاس بسیار گسترده و در ابعاد مختلف انجام میشود، کافی نبوده است.
مطالعه به عنوان بخشی از ابتکار اتحادیه اروپا BATTERY 2030+
محققان موسسه نانوتکنولوژی KIT (INT) اکنون موفق شدند شکل گیری SEI را با رویکردی چند مقیاسی مشخص کنند. پروفسور ولفگانگ ونزل، مدیر گروه تحقیقاتی “مدل سازی مواد چند مقیاسی و طراحی مجازی” در این باره می گوید: “این یکی از معماهای بزرگ در مورد بخش اساسی همه باتری های الکترولیت مایع را حل می کند – به ویژه باتری های لیتیوم یونی که همه ما هر روز از آنها استفاده می کنیم.” INT، که در ابتکار تحقیقات اروپایی در مقیاس بزرگ BATTERY 2030+ که هدف آن توسعه باتری های ایمن، مقرون به صرفه، طولانی مدت و پایدار با کارایی بالا برای آینده است، مشارکت دارد.
محققان KIT یافته های خود را در مجله Advanced Energy Materials گزارش کردند.
منبع :
دیدگاهتان را بنویسید