ابداع یک الکترود جدید برای شارژ سریعتر باتری های لیتیومی

دانشمندان یک ماده الکترود جدید را ابداع کرده اند که می‌تواند شارژ سریعتر باتری های لیتیومی را با فرایندی غیرعادی تسهیل کند.
به گزارش تک ناک، این ماده در واقع پیکربندی بهینه اتم‌ها را از طریق فرآیند شارژ کردن خود به کار می‌گیرد و به این ترتیب شکل ماده جدیدی را به خود می‌گیرد که امکان انتقال نرم‌تر یون‌های لیتیوم را فراهم می‌کند.
این کار توسط محققان دانشگاه ایالتی بویس و دانشگاه کالیفرنیا درسن دیگو انجام شد، که قصد داشتند پاشنه آشیل را در طرح‌های فعلی باتری‌های لیتیومی بررسی کنند. در باتری ها لیتیومی یون های لیتیوم از الکترود مثبت به نام کاتد به سمت الکترود منفی، یعنی آند حرکت می کنند این حرکت الکترون ها با سرعت مشخصی اتفاق می افتد.
وقتی شارژ سریعتر باتری های لیتیومی ماتفاق می افتد ، فلز لیتیوم روی سطح آند گرافیتی جمع می شود که عملکرد باتری را به خطر می اندازد و می تواند باعث اتصال کوتاه، گرم شدن بیش از حد یا حتی آتش گرفتن آن شود. این تیم که به آبکاری لیتیوم معروف است، با کمک ترکیبی به نام پنتوکسید نیوبیوم به دنبال حذف این سد در مسیر شارژ سریع‌تر بود.
اتم‌های درون پنتوکسید نیوبیوم را می‌توان به راحتی در بسیاری از پیکربندی‌های پایدار مرتب کرد و دانشمندان به روش نسبتاً مناسبی برای انجام این کار دست یافتند. پنتوکسید نیوبیوم که به عنوان آند در سلول سکه مورد استفاده قرار می گیرد، در ابتدا آرایش نامرتبی از اتم ها داشت. اما دانشمندان دریافتند که وقتی سلول چندین بار شارژ و تخلیه می‌شود، آن اتم‌ها خود را در یک ساختار کریستالی منظم قرار می‌دهند.
این نانوساختار چیزی نیست که دانشمندان قبلاً دیده باشند. این پیکربندی اتمی یک چارچوب مکعبی سنگ نمک توصیف می شود، که حمل و نقل بسیار آسان یون های لیتیوم به داخل آند را با شارژ باتری امکان پذیر می کند.
این فرایند منجر به پایداری چرخه فوق‌العاده شارژ با باتری دارای ظرفیت 225 mAh g−1 در 200 mA g−1 در 400 چرخه، با راندمان کولمبی 99.93درصد در مقیاس کلمبیک در شارژهای با سرعت بالا می‌شود.
دانشمندان امیدوارند این رویکرد را برای توسعه سایر مواد باتری نوآورانه و حتی مواد در سایر زمینه های کاملاً جداگانه مانند نیمه هادی ها تطبیق دهند.