فناوری
افزایش طول عمر باتریهای لیتیومی با سیلیکون
دانشمندان دانشکده مهندسی جورج آر. براون دانشگاه رایس، روشی برای بهینه‌سازی باتریهای لیتیومی توسعه داده‌اند که به کاهش اتلاف لیتیوم و بهبود چرخه عمر باتری با پوشش آندهای سیلیکون با ذرات فلز لیتیوم تثبیت‌شده (SLMPs) کمک می‌کند. به گزارش نیوز رایس، باتری های آند سیلیکونی، این پتانسیل را دارند که قابلیت‌های ذخیره‌سازی انرژی را متحول کنند. این کار برای دستیابی به اهداف آب و هوایی و باز کردن پتانسیل کامل خودروهای الکتریکی کلیدی است. با این حال، کاهش برگشت‌ناپذیر یون‌های لیتیوم در آندهای سیلیکون، محدودیت زیادی بر توسعه نسل بعدی باتریهای لیتیوم یونی ایجاد می‌کند.
دانشمندان طی این مطالعه دریافتند که پوشش آندها با اسپری کردن مخلوطی از ذرات و یک سورفکتانت، عمر باتری را بین 22تا 44درصد بهبود می‌بخشد. سلول‌های باتری با مقدار بیشتری از این پوشش در ابتدا پایداری و عمر چرخه بالاتری داشتند. با این حال، یک اشکال وجود داشت؛ وقتی ظرفیت چرخه کامل می‌شد، مقدار بیشتری از پوشش ذرات منجر به دام افتادن لیتیوم بیشتر می‌شد. جایگزینی گرافیت با سیلیکون در باتریهای لیتیوم یون به‌طور قابل توجهی چگالی انرژی آنها را بهبود می‌بخشد چراکه گرافیت که از کربن ساخته شده است، می‌تواند یون‌های لیتیوم کمتری نسبت به سیلیکون داشته باشد. برای هر یون لیتیوم 6 اتم کربن لازم است، درحالی‌که فقط یک اتم سیلیکون می‌تواند با 4 یون لیتیوم پیوند برقرار کند.
سیبانی بیسؤال یکی از محققان این مطالعه گفت: سیلیکون یکی از آن موادی است که توانایی بهبود چگالی انرژی را برای طرف آند باتریهای لیتیوم یونی دارد. به همین دلیل است که در حال حاضر این فشار در علم باتری برای جایگزینی آندهای گرافیت با آندهای سیلیکونی وجود دارد. با این حال، سیلیکون خواص دیگری دارد که چالش‌برانگیز است. یکی از مشکلات عمده سیلیکون این است که به‌طور مداوم چیزی را تشکیل می‌دهد که ما آن را لایه بین فاز الکترولیت جامد یا SEI می‌نامیم که درواقع لیتیوم را مصرف می‌کند. این لایه زمانی تشکیل می‌شود که الکترولیت در سلول باتری با الکترون‌‌ها و یون‌های لیتیوم واکنش می‌دهد و در نتیجه یک لایه نمک در مقیاس نانومتری روی آند رسوب می‌کند. پس از تشکیل، لایه الکترولیت از آند جدا می‌شود و از ادامه واکنش جلوگیری می‌کند. کوان انگوین، دانش‌آموخته دکتری مهندسی شیمی و بیومولکولی و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: حجم آند سیلیکون با چرخش باتری متفاوت خواهد بود که می‌تواند SEI را شکسته یا در غیراین صورت آن را ناپایدار کند. قصد ما این است که این لایه در طول چرخه‌های شارژ و دشارژ بعدی باتری ثابت بماند.
در همینه زمینه :
