محققان دانشگاه بایروث آلمان با استفاده از یک افزودنی مبتکرانه مبتنی بر نیترات، با موفقیت یک باتری لیتیوم-فلزی حالت جامد جدید ایجاد کردند که هم پایدار و هم بالقوه طولانی مدت است.
به گزارش تکناک، تیم تحقیقاتی تاکید می کند که این موضوع بر اهمیت طراحی مولکولی در ایجاد مواد افزودنی موثر برای الکترولیت های شبه جامد تاکید می کند.
ایمن و پایدار
پروفسور دکتر فرانچسکو سیوچی، رئیس طراحی الکترود برای سیستم های انرژی الکتروشیمیایی در دانشگاه بایروث، با شرکای تحقیقاتی از چین برای حل مشکلات ناسازگاری بین نیترات لیتیوم و 1،3-دیوکسولان (DOL) در الکترولیت‌های باتری شبه جامد با ادغام یک افزودنی جدید مبتنی بر نیترات همکاری کرد. این یک پیشرفت قابل توجه است، زیرا در گذشته، چنین مسائل ناسازگاری، ساخت چنین باتری‌هایی را بسیار دشوار می‌کرد.
اکتشاف این تیم اکنون توسعه باتری‌های فلزی لیتیومی حالت جامد را امکان‌پذیر می‌کند که با حفظ روش‌های ساخت باتری‌های مایع معمولی، بسیار ایمن، بادوام و تولید آسان هستند.
در آزمایش‌های خود، آنها سعی کردند نسخه‌های مختلفی از این باتری‌ها را بسازند و دریافتند که نوع خاصی، سلول لیتیوم-گوگرد (Li-S) عملکرد ویژه‌ای دارد. باتری های Li-S پتانسیل چگالی انرژی بسیار بالایی دارند. این بدان معنی است که آنها می توانند انرژی زیادی را برای وزن خود ذخیره کنند، که به ویژه برای کاربردهایی مانند حمل و نقل هوایی یا وسایل نقلیه الکتریکی که وزن آنها مهم است، ارزشمند است. جدا از چگالی انرژی بالا، گوگرد فراوان و ارزان است، که می تواند باتری های Li-S را در صورت رفع چالش های فنی در مقایسه با سایر فناوری های باتری مقرون به صرفه تر کند.
پروفسور سیوچی توضیح داد: ماهیت حالت جامد باتری ها سطح بالایی از ایمنی را تضمین می کند در حالی که ساخت آنها ساده است. ما جهانی بودن این رویکرد را با ایجاد انواع مختلف باتری‌های لیتیوم فلزی نشان دادیم. قابل ذکر است که سلول Li-S کیسه ای تولید شده در مقایسه با سلول های Li-S کیسه ای که قبلا مستند شده بود، عملکرد بهتری از خود نشان می دهد.
پروفسور سیوچی و تیم تحقیقاتی وی افزودنی جدیدی به نام تری اتیلن گلیکول دی‌نیترات را معرفی کردند که به طور خاص برای فعال کردن پلیمریزاسیون DOL طراحی شده است. تیم تحقیقاتی نشان داد که همزمان با پلیمریزاسیون، تشکیل یک لایه بین فاز الکترولیت جامد غنی از نیتروژن، واکنش‌های زائد مضر را سرکوب کرده و کارایی باتری را افزایش می‌دهد.
بر اساس یافته های مطالعه، چندین سلول باتری ساخته شد. در میان آنها، سلول های دکمه ای در مقیاس آزمایشگاهی می توانند بیش از 2000 بار شارژ و دشارژ شوند. یک سلول کیسه ای Li-S Ah1.7 با چگالی انرژی بالا و چرخه پایدار نیز ساخته شد.
تولید آسان
پروفسور سیوچی توضیح داد: این کشف یک گام بزرگ رو به جلو در فناوری باتری است. این نشان دهنده اهمیت طراحی صحیح مولکول ها برای ساخت باتری های بهتر است. این مطالعه بر اهمیت طراحی ساختار مولکولی در ایجاد افزودنی های موثر برای الکترولیت های شبه جامد تاکید می کند. این نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در امکان سنجی عملی استفاده از الکترولیت های شبه حالت جامد مبتنی بر poly-DOL در باتری های فلزی لیتیوم است.
