محققان چینی روشی نوین برای احیای باتری‌های لیتیومی ارائه دادند

محققان دانشگاه فودان چین با ابداع روشی برای احیای باتری‌های لیتیومی، موفق به افزایش طول عمر آنها به بیش از 12,000 چرخه شارژ شدند.

به گزارش تک‌ناک، این روش نوآورانه می‌تواند تأثیر چشمگیری بر پایداری باتری‌ها و کاهش ضایعات الکترونیکی داشته باشد. این دستاورد که در مجله معتبر Nature منتشر شده است، گامی مهم در راستای افزایش طول عمر باتری‌های لیتیوم-یونی به حساب می‌آید.

چالش کاهش عملکرد باتری‌های لیتیومی

باتری‌های لیتیوم-یونی در دستگاه‌های الکترونیکی متعددی از جمله گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و خودروهای برقی استفاده می‌شوند. با وجود این، کارایی آنها در طول زمان کاهش می‌یابد، که این موضوع ناشی از تخریب الکترودها و واکنش‌های شیمیایی ناخواسته است. این کاهش عملکرد نه‌تنها هزینه‌های جایگزینی باتری را افزایش می‌دهد، بلکه باعث انباشت ضایعات الکترونیکی و تشدید آسیب‌های زیست‌محیطی نیز می‌شود.

کشف یک روش احیاگرانه برای باتری‌های لیتیومی

گروهی از محققان دانشگاه فودان به سرپرستی پنگ هوئیشنگ و گائو یوئه، در همکاری با سایر مؤسسات پژوهشی چین، موفق به شناسایی و سنتز یک ترکیب شیمیایی ویژه به نام لیتیوم تری‌فلوئورومتان‌سولفونات (LiSO₂CF₃) شدند. این ترکیب که به شکل پودری سفیدرنگ است، نقش یک «داروی درمانی دقیق برای باتری‌های لیتیوم-یونی» را ایفا می‌کند.

مکانیزم عملکرد روش جدید

بخشی از لیتیوم موجود در باتری با گذشت زمان در ترکیبات غیرفعال گیر می‌افتد و مواد الکترودی آن تخریب می‌شوند، که این موضوع کاهش ظرفیت باتری را به دنبال دارد. روش جدید شامل افزودن محلولی الکترولیتی حاوی LiSO₂CF₃ به داخل باتری‌های فرسوده است. هنگامی که ولتاژ اعمال می‌گردد، این ترکیب تجزیه و یون‌های لیتیوم آزاد می‌شوند، که مجدد به ساختار الکترود بازمی‌گردند و ظرفیت از دست رفته باتری را بازیابی می‌کنند.

نتایج چشمگیر آزمایش‌ها

فرایند احیا، علاوه بر آزادسازی یون‌های لیتیوم، باعث تولید گازهایی مانند: دی‌اکسید گوگرد (SO₂)، تری‌فلوئورومتان (HCF₃) و هگزافلوئوراتان (C₂F₆) می‌شود، که در صورت طراحی مناسب باتری، می‌توانند از طریق منافذ تهویه از آن خارج شوند. پس از تکمیل این فرایند، باتری مهر و موم می‌شود و مورد آزمایش قرار می‌گیرد.

نتایج آزمایش‌های اولیه نشان داده است که باتری‌های لیتیوم-آهن-فسفات که با این روش احیا شده‌اند، تقریباً تمام ظرفیت از دست رفته خود را بازیابی کرده و طول عمر آنها به حدود 12,000 چرخه شارژ افزایش یافته است. برای مقایسه، باتری‌های معمولی خودروهای برقی به‌طور میانگین 1,500 چرخه شارژ عمر دارند.

گائو یوئه، یکی از محققان این پروژه، اعلام کرد: «پس از 11,818 چرخه، تنها 4 درصد از عملکرد باتری کاهش یافت. این یعنی اگر یک خودروی برقی روزانه دو بار شارژ شود، این باتری می‌تواند تا 18 سال دوام بیاورد. در مقایسه، باتری‌های رایج در خودروهای برقی، با همین میزان استفاده، ظرف 2.7 سال حدود 30 درصد از ظرفیت خود را از دست می‌دهند.»

پیامدهای زیست‌محیطی و صنعتی

این روش می‌تواند تأثیرات قابل‌ توجهی در کاهش ضایعات الکترونیکی و کاهش وابستگی به استخراج لیتیوم داشته باشد، که خود فرایندی پرهزینه و مخرب برای محیط‌زیست محسوب می‌شود. با وجود این، به‌کارگیری این فناوری در مقیاس وسیع نیازمند طراحی باتری‌هایی است که امکان تزریق مجدد الکترولیت و تهویه گازهای تولیدی را داشته باشند، که ممکن است محدودیت‌هایی برای استفاده در لوازم الکترونیکی مصرفی رایج ایجاد کند.

هرچند این روش هنوز در مرحله آزمایشی قرار دارد، اما نویدبخش تحولی در افزایش طول عمر باتری‌های لیتیومی و کاهش ضایعات باتری‌ها است. اجرای گسترده این فناوری مستلزم آزمایش‌های بیشتر و دریافت تأییدیه‌های نظارتی است، اما به نظر می‌رسد که این نوآوری گامی مهم در راستای توسعه یک صنعت پایدارتر در حوزه باتری‌ها باشد.