کشف ماده‌ای که عمر باتری را ۳۳۰۰ برابر می‌کند!

صنعت اتومبیل برقی به سرعت در حال پیشرفت است ، اما یکی از بزرگترین چالش های آن هنوز وجود دارد: باتری ها. امروزه بیشتر اتومبیل های برقی از باتری های لیتیوم یون استفاده می کنند. این باتری ها امتحانات خود را پشت سر گذاشته اند ، اما ظرفیت و طول عمر آنها برای نیازهای آینده کافی نخواهد بود.

به همین دلیل دانشمندان به دنبال گزینه های جدید هستند. یکی از امیدوار کننده ترین فن آوری ها باتری های لیتیوم-فازی (LMB) است. این باتری ها می توانند انرژی بسیار بیشتری نسبت به باتری های لیتیوم یون ذخیره کنند ، بنابراین برای وسایل نقلیه برقی و سیستم های انرژی تجدید پذیر بسیار عالی به نظر می رسند.
با این حال ، آنها یک مشکل اساسی دارند: ثبات و ایمنی کم.

به تازگی ، محققان دانشگاه جنوب شرقی چین با معرفی یک افزودنی جدید برای الکترولیت ها موفق به حل این مشکل شدند. این کشف می تواند راه تولید انبوه اتومبیل های برقی با باتری های بسیار بادوام را هموار کند.

مشکل اصلی باتری های لیتیوم-لایتیوم چیست؟

آندهای فلزی لیتیوم در این باتری ها ناپایدار هستند و اغلب واکنشهای شیمیایی ناخواسته ایجاد می کنند. این واکنش ها می تواند منجر به رشد دندریت های لیتیوم شود. شاخه های فلزی که به لایه های داخلی باتری مانند سوزن نفوذ می کنند. نتیجه کاهش عمر باتری و خطرات جدی ایمنی است.

الکترولیتهای معمولی ، معمولاً مبتنی بر استر ، این مشکل را بدتر می کنند زیرا آنها رابط های ضعیف و بی ثباتی بین الکترودها ایجاد می کنند.

راه حل جدید: افزودنی افزودنی Diottian

تیم تحقیقاتی دانشگاه جنوب شرقی چین افزودنی جدیدی را برای الکترولیت ها به نام 2 ، 2-tia معرفی کرده است. این ترکیب مبتنی بر یک ترکیب مبتنی بر Tuito است و توانسته است پایداری باتری را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

در آزمایشات ، استفاده از این افزودنی باعث شد باتری ها بیش از 5 چرخه شارژ و تخلیه با عملکرد پایدار غلبه کنند. این به معنای عمر بسیار مفیدتر از باتری های معمولی است که اغلب بعد از چند صد چرخه عملکرد شدید ایجاد می کنند.

مکانیسم عمل ؛ چگونه 2،5 باتری را تثبیت می کند؟

کلید موفقیت این افزودنی در نحوه واکنش آن به سطوح لیتیوم نهفته است. ساختار مولکولی آن فرایندی به نام وارونگی قطبی سازی را امکان پذیر می کند. در این فرایند ، 2.3-DIP با ترکیبات لیتیوم واکنش نشان می دهد و یک واسطه شیمیایی ایجاد می کند. این واسطه سرانجام یک لایه محافظ غنی از گوگرد را روی الکترودها تشکیل می دهد.

این لایه محافظ نقش مهمی ایفا می کند:

• اجزای ارگانیک ناپایدار را به ترکیبات معدنی با ثبات تر تبدیل می کند.
• از حلال های کربنات در الکترولیت در برابر واکنشهای شیمیایی مخرب محافظت می کند.
• یک فاز الکترولیت میانه پایدار و قابل اعتماد (SEI) یک پایدار و قابل اعتماد ایجاد می کند.

وجود این لایه SEI باعث می شود که دندریت ها به طور موثر رشد کرده و ظرفیت باتری را بعداً از بین ببرند.

بهینه سازی مصنوعی و ترمودینامیکی

یکی دیگر از مزیت های 2.3-Ditian ، توانایی آن در بهبود شرایط مصنوعی و ترمودینامیکی باتری است. این افزودنی دارای خاصیت اکسیداسیون قوی است و تمایل زیادی به جذب روی سطح الکترودها نشان می دهد.

همچنین ، یونهای PF6 در الکترولیت با کمک این افزودنی ، فرآیند تشکیل لایه های معدنی را وارد می کنند. نتیجه سطح پایدارتر با هدایت یون بالا است. این بدان معنی است که یون های لیتیوم می توانند راحت تر حرکت کنند و مقاومت داخلی باتری را کاهش دهند.

در عمل ، این ویژگی ها باعث می شود باتری حتی در چرخه شارژ و تخلیه طولانی عملکرد قوی و پایدار داشته باشد. برای اتومبیل های برقی که باید سالها بدون کاهش ظرفیت کار کنند ، این یک پیشرفت حیاتی است.

نقش ویژه گوگرد ؛ عددی شگفت انگیز

یکی از مهمترین یافته های این مطالعه مقدار بسیار زیادی گوگرد در 2 ، 2-DIP است. این مقاله 1.5 ٪ گوگرد است. رقمی که تقریباً دو برابر بیشتر از مواد افزودنی متداول گوگرد است.

این غلظت بالای گوگرد تأثیر زیادی در تثبیت سطح مشترک الکترود حتی در مقادیر کمی دارد. به عبارت ساده ، تولید کنندگان می توانند بدون افزایش هزینه های چشمگیر یا تغییرات اساسی در خط تولید ، عملکرد باتری را بهبود بخشند.

مقیاس پذیری و کاربرد آینده

یکی از موارد خوب در مورد این راه حل ، قابلیت استفاده پرهزینه و گسترده آن است. محققان تأکید کرده اند که افزودنی 4.3 دیتیایی را می توان با هزینه کم و بدون پیچیدگی تولید به باتری های فویل لیتیوم اضافه کرد.

به همین دلیل ، این روش می تواند مسیر تولید باتری های پر انرژی و طول عمر طولانی را در مقیاس صنعتی باز کند.

این پروژه همچنین از حمایت موسسات مهمی مانند برنامه ملی تحقیق و توسعه چین و بنیاد ملی علوم طبیعی چین برخوردار بوده است. نتایج این مطالعه همچنین در مجله معتبر Science Review منتشر شده است.

پیشرفت جدید محققان چینی نشان می دهد که آینده باتری های لیتیوم فلزی از همیشه روشن تر است. افزودنی 1.2-Ditian نه تنها قادر به از بین بردن مشکل بی ثباتی آندی لیتیوم است ، بلکه عمر باتری را به بیش از 5 چرخه شارژ و تخلیه افزایش داده است.

با وجود گوگرد 2.5 ٪ در ترکیب این ماده و اجرای آسان آن در خطوط تولید ، می توان انتظار داشت که این فناوری به زودی راه خود را به بازار خودروهای برقی باز کند. اگر این روند ادامه یابد ، باتری های آینده نه تنها ظرفیت طولانی تر و عمر طولانی تر خواهند داشت بلکه امنیت و ثبات بهتری را برای مصرف کنندگان نیز فراهم می کنند.