حل مشکل کاهش ولتاژ در باتری های لیتیوم یونی

تیمی از دانشمندان در دانشگاه شهر هنگ کنگ (CityU) به پیشرفتی در فناوری باتری دست یافتند که هدف آن غلبه بر چالش کاهش ولتاژ در باتری های لیتیوم یونی است.

به گزارش تکناک، در بیانیه دانشگاه آمده است که چنین اختراعی پیامدهای عمیقی در بخش انرژی دارد که به طور بالقوه می تواند به ظرفیت ذخیره انرژی بالاتر منجر شود.

تیم محققین به چالش دائمی کاهش ولتاژ در باتری‌های لیتیوم یونی (LiBs) پرداختند. استفاده از این باتری ها در دستگاه های الکترونیکی قابل توجه است.

در این بیانیه تاکید شده است که اکسیدهای لایه ای غنی از لیتیوم (Li) و منگنز (LMR) به دلیل ظرفیت بالا و هزینه کم، کلاس امیدوارکننده ای از کاتدها برای LiB ها هستند. با این حال، مشکل طولانی مدت کاهش ولتاژ مانع از کاربرد آنها می شود.

به همین دلیل، دانشمندان به دنبال ابداع راه حلی بودند که ساختار لانه زنبوری را در مواد کاتد تثبیت کند. در نتیجه، این فرآیند منجر به نوآوری باتری‌های بادوام و کارآمدتر با کاهش ولتاژ ناچیز شد.

محققان، پروفسور رن یانگ، رئیس و استاد بخش فیزیک (PHY)، پروفسور لیو چی و تیم تحقیقاتی آنها یک نوع باتری ایجاد کرده‌اند که می‌تواند نحوه تغذیه دستگاه‌های امروزی را تغییر دهد.

مقابله با ساختار لانه زنبوری

به منظور دستیابی به هدف توسعه فناوری باتری با حداقل کاهش ولتاژ، این تیم ساختار لانه زنبوری را در سطح اتمی ارزیابی کرد. آن‌ها یون‌های فلزی انتقالی اضافی را در مواد کاتد ادغام کردند و ساختار لانه زنبوری را تقویت کردند.

دانشمندان خاطرنشان کردند: این منجر به فروپاشی ولتاژ ناچیز فقط 0.02 میلی ولت در هر سیکل شد، اولین باری است که مواد کاتد LMR با چنین سطح پایینی از کاهش ولتاژ گزارش شده است.

با استفاده از اندازه‌گیری‌ها و محاسبات پیچیده در مقیاس اتمی، این تیم کشف کردند که یون‌های فلزی واسطه بین‌لایه‌ای به عنوان کلاهک‌های محافظ در بالا یا زیر ساختار لانه زنبوری عمل می‌کنند.

این درپوش‌ها از مهاجرت کاتیون‌ها جلوگیری می‌کنند و پایداری را حفظ می‌کنند و یکپارچگی ساختاری باتری‌ها را حتی در ولتاژهای قطع بالا و در طول چرخه نگه می دارد.

پروفسور لیو اظهار داشت: کار ما مشکل کاهش ولتاژ در کاتد LMR را با ظرفیتی تقریبا دو برابر بیشتر از مواد کاتدی که به طور گسترده استفاده می شود، حل کرده است و در نهایت راه را برای راه حل های ذخیره انرژی قوی تر و پایدارتر هموار می کند.

این مطالعه در 6 جولای در مجله Nature Energy منتشر شد.