فرایند چگونگی ذخیره انرژی در باتری لیتیوم-یون کشف شد

محققان در باتری لیتیوم-یون یک فرایند غیرمنتظره مرحله‌بندی درون صفحه را در طول تلاقی لیتیوم در گرافن دولایه کشف کردند، که به طور بالقوه باعث پیشرفت‌هایی در فناوری ذخیره‌سازی انرژی می‌شود.

به‌ گزارش تک‌ناک، باتری‌های لیتیوم-یون که در دستگاه‌های مختلف از گوشی‌های هوشمند گرفته تا خودروهای الکتریکی استفاده می‌شوند، انرژی را از طریق یون‌های درونی ذخیره می‌کنند و در آنجا یون‌های لیتیوم در هنگام شارژ بین لایه‌های گرافیت در آند می‌لغزند.

هر چه باتری بتواند یون‌های لیتیوم بیشتری را جذب و آزاد کند، انرژی بیشتری ذخیره می‌کند. اگرچه این فرایند به خوبی شناخته شده است، جزئیات میکروسکوپی آن تاکنون نامشخص بود.

به همین منظور تیمی از دانشگاه منچستر با مطالعه گرافن دولایه که نازک‌ترین آند باتری می‌باشد که فقط از دو لایه کربن تشکیل شده است، به کشف بیشتر این پدیده پرداخته‌اند.

گرافیت از دیرباز به‌عنوان ماده آند در باتری‌های لیتیوم یونی به‌ دلیل پایداری شیمیایی، درون‌سازی برگشت‌پذیر، چرخه‌پذیری خوب و هزینه کم استفاده می‌شود.

محققان در آزمایش‌های خود، آند گرافیت معمولی را با گرافن دولایه تعویض و شیوه رفتار یون‌های لیتیوم را در طول درون‌گیری مشاهده کردند.

در کمال تعجب، آنها کشف کردند که یون‌های لیتیوم به طور همزمان یا تصادفی وارد دو لایه نمی‌شوند.

در مقابل، این فرایند در چهار مرحله مجزا رخ می‌دهد که یون‌ها خود را در شبکه‌های شش ضلعی سازمان‌یافته و متراکم‌تر در هر مرحله مرتب می‌کنند.

پروفسور ایرینا گریگوریوا، که تیم تحقیقاتی را رهبری می‌کرد، گفت: «کشف مرحله‌بندی درون‌صفحه‌ای غیرمنتظره بود. این کشف نشان داد که تعامل بین شبکه یون‌های لیتیوم و شبکه کریستالی گرافن بسیار بیشتر از آنچه که تصور می‌شد، است.»

وی توضیح داد: «این درک از فرایند درون‌یابی در سطح اتمی، راه‌های جدیدی را برای بهینه‌سازی باتری‌ لیتیوم-یون و به احتمال زیاد کشف مواد جدید برای ذخیره‌سازی انرژی افزایش می‌دهد.»