دانشمندان دانشگاه رایس با پوشش دادن آندهای سیلیکونی با ذرات فلز لیتیوم باعث کاهش اتلاف لیتیوم و بهبود چشمگیر چرخه عمر باتری شده اند.
به گزارش تکناک، این تحقیق توسط سیبانی لیزا بیسوال مهندس شیمی و بیومولکولی رهبری شد و آنها دریافتند که فرآیند جدید عمر باتری را 22 درصد افزایش داده و جایگزینی گرافیت با سیلیکون در باتری های لیتیوم یون نیز به طور قابل توجهی چگالی انرژی باتری را بهبود می بخشد.
بیسوال گفت: سیلیکون یکی از آن موادی است که توانایی بهبود چگالی انرژی را برای طرف آند باتری‌های لیتیوم یونی دارد. به همین دلیل است که در حال حاضر این فشار در علم باتری برای جایگزینی آندهای گرافیت با آندهای سیلیکونی وجود دارد.اما سیلیکون می تواند مشکل ساز باشد.
بیسوال گفت: یکی از مشکلات عمده سیلیکون این است که به طور مداوم چیزی را تشکیل می دهد که ما آن را لایه بین فاز الکترولیت جامد یا SEI می نامیم که در واقع لیتیوم را مصرف می کند.
این SEI می تواند ذخیره لیتیوم باتری را به طور غیرقابل برگشتی کاهش دهد.کوان نگوین ، دانش آموخته دکتری مهندسی شیمی و بیومولکولی و نویسنده اصلی این مطالعه گفت: حجم یک آند سیلیکون با چرخش باتری متفاوت خواهد بود، که می تواند SEI را بشکند یا در غیر این صورت آن را ناپایدار کند. ما می خواهیم این لایه در طول چرخه های شارژ و دشارژ بعدی باتری ثابت بماند.
محققان اکنون روشی را در پیش گرفته اند که پایداری لایه SEI را بهبود می بخشد و در نتیجه یون های لیتیوم کمتری تخلیه می شود.
بیسوال گفت: پیش لیتیوم دار کردن یک استراتژی طراحی شده برای جبران اتلاف لیتیوم است که معمولاً با سیلیکون رخ می دهد. شما می توانید آن را از زیر سازی سطح در نظر بگیرید، مانند زمانی که در حال رنگ آمیزی یک دیوار هستید و باید ابتدا یک لایه زیرین بزنید تا از چسبندگی رنگ خود مطمئن شوید. پیش لیتیوم دار کردن به ما امکان می دهد آندها را مرغوب کنیم تا باتری ها بتوانند عمر چرخه ای بسیار پایدارتر و طولانی تری داشته باشند.
هیچ یک از این عناصر جدید نیستند اما آزمایشگاه بیسوال این فرآیند را بهبود بخشید. بیسوال گفت: یکی از جنبه‌های فرآیندی که قطعاً جدید است و کوان توسعه داد، استفاده از یک ماده فعال سطحی (سورفکتانت) برای کمک به پراکندگی ذرات بود. این قبلا گزارش نشده است و این چیزی است که به شما امکان می دهد پراکندگی یکنواخت داشته باشید. بنابراین به جای اینکه آنها جمع شوند می‌توانند به طور یکنواخت توزیع شوند.محققان همچنین بر اهمیت کنترل ظرفیت چرخه سلول تأکید کردند.
نگوین در بیانیه ای گفت: اگر ظرفیت چرخش سلول را کنترل نکنید، مقدار بیشتری از ذرات باعث ایجاد مکانیسم به دام انداختن لیتیوم می شود.
اگر دوره چرخش سلول را با توزیع یکنواخت پوشش چرخه تکمیل کنید، به دام انداختن لیتیوم رخ نخواهد داد.
اگر راه هایی برای جلوگیری از به دام افتادن لیتیوم با بهینه سازی استراتژی های چرخه و مقدار SLMP پیدا کنیم، این امکان بوجود می آید که از چگالی انرژی بالاتر آندهای مبتنی بر سیلیکون بهره برداری کنیم.
