فهرست مطالب
محققان موفق به ساخت یک سیستم باتری هیبریدی با کنترل مغناطیسی شدهاند که ظرفیت ذخیره انرژی آن چهار برابر آندهای گرافیتی تجاری است و بهرهوری بالای ۹۹ درصد را برای بیش از ۳۰۰ چرخه عملیاتی حفظ میکند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، در بیانیه مطبوعاتی تیم پژوهشی آمده است: «این فناوری باتری نوین، ذخیره انرژی قابل توجهی ارائه میدهد، که نگرانیهای مربوط به مسافت خودروهای برقی را کاهش میدهد و در عین حال خطر گرمای بیش از حد و انفجار را از بین میبرد.» این پیشرفت با معرفی یک استراتژی «مغناطیس-تبدیلی»، امکان کاهش خطرات آتشسوزی معمول را در باتریهای لیتیوم با چگالی بالا فراهم میکند.
تیم پژوهشی دانشگاه POSTECH به رهبری پروفسور وون بائه کیم، از میدان مغناطیسی خارجی برای کنترل حرکت یونهای لیتیوم بهره بردند تا محدودیتهای مسافت و مسائل ایمنی سیستمهای قدرت خودروهای برقی کنونی را به طور فنی برطرف کنند.
حتما بخوانید: خودرو برقی چیست؟ راهنمای کامل از باتری تا آینده حمل و نقل
بیشتر بخوانید: باتری لیمویی؛ دوستدار طبیعت و لباسها!
این پیشرفت با تمرکز بر مهار رشد دندریتها ارائه شده است؛ دندریتها ساختارهای سوزنی و تیز هستند که طی چرخههای مکرر شارژ در باتریهای لیتیوم فلزی با ظرفیت بالا شکل میگیرند.
این دندریتها در باتریهای با پیکربندی سنتی، از جداکننده داخلی عبور میکنند و باعث ایجاد اتصال کوتاه میشوند، که میتواند گرمای شدیدی را بهوجود بیاورد. آندهای گرافیتی مرسوم بهعنوان استاندارد صنعتی به دلیل مقاومت نسبی در برابر این خطرات استفاده میشوند، اما ظرفیت ذاتی آنها محدود است. باتری هیبریدی ساختهشده توسط شرکت POSTECH با اعمال یک لایه رسوب لیتیوم فلزی صاف و متراکم که طی صدها چرخه پایدار باقی میماند، این محدودیت ذاتی را رفع میکند.
خطرات رشد دندریتها
این لایه پایدار حاصل اعمال یک میدان مغناطیسی مشخص بر آندهای نوع تبدیل از جنس فریت منگنز فریمغناطیسی است. پژوهشگران توضیح دادند: «با ورود لیتیوم به آند فریت منگنز، ذرات فلزی نانو فرومغناطیسی تولید میشوند.» این ذرات تحت تاثیر میدان مغناطیسی خارجی، مشابه آهنرباهای مینیاتوری درون الکترود، همراستا میشوند. این ساختار داخلی، که با نیروی لورنتس (نیروی وارد بر ذرات باردار در حرکت در میدان مغناطیسی) تقویت میشود، از تجمع یونهای لیتیوم در خوشههای موضعی جلوگیری میکند. با توزیع یکنواخت یونها در سطح باتری هیبریدی، این سیستم رشد نامتقارن و ایجاد قلههای خطرناک را که میتواند ایمنی باتری را تهدید کند، بهطور موثری مهار میکند.
برای مطالعه بیشتر: کاهش زمان شارژ و افزایش عمر باتری خودروهای برقی با فناوری Dectravalve + ویدیو
ذخیره انرژی در باتری هیبریدی
باتری هیبریدی، انرژی را از طریق دو مکانیزم ذخیره میکند؛ لیتیوم هم در ماتریس اکسیدی و هم بهصورت لیتیوم فلزی روی سطح رسوب میکند. بیانیه مطبوعاتی تصریح کرد: «این مکانیزم دوگانه، ظرفیت ذخیره انرژی تقریبا چهار برابر بیشتر از آندهای گرافیتی تجاری فراهم میآورد و چرخههای شارژ و دشارژ پایدار بدون تشکیل دندریت را تضمین میکند.»
پژوهشگران تایید کردند که لایه یکنواخت لیتیوم ایجادشده توسط میدان مغناطیسی حتی پس از استفاده طولانیمدت، متراکم باقی میماند و از تخریب معمول جلوگیری میکند، که عمر باتریهای با ظرفیت بالا را محدود مینماید. پروفسور وون بائه کیم خاطرنشان کرد که این رویکرد دو چالش اصلی آندهای لیتیوم فلزی (ناپایداری ساختاری و تشکیل دندریت) را برطرف میسازد.
تیم تحقیق انتظار دارد که این کشف به عنوان پایهای فنی برای افزایش سرعت شارژ و طول عمر چرخه باتریهای خودرو و سیستمهای ذخیره انرژی بزرگ عمل کند. او در پایان تصریح کرد: «این مسیر جدیدی به سوی باتریهای لیتیوم فلزی ایمنتر و قابل اعتمادتر است. انتظار داریم که این فناوری به عنوان بستری برای بهبود ظرفیت، طول عمر چرخه و سرعت شارژ در باتریهای نسل آینده عمل کند.»
