توسعه باتری های نسل بعدی با شارژ سریع تر و عمر طولانی تر
به گزارش لینک وبسایت، یک گروه تحقیقاتی با استفاده از ذرات قلع در اندازه نانو و کربن سخت، آنُد پرقدرت و با چگالی انرژی بالایی تولید کرده اند که می تواند پیشرفتی برای نسل بعدی باتری ها باشد.
به گزارش لینک وبسایت به نقل از ایسنا، تقاضا برای باتری هایی با قابلیت شارژ فوق العاده سریع و چگالی انرژی بالا در قسمت های مختلف از وسایل نقلیه الکتریکی گرفته تا سیستم های ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ (ESS) رو به رشد است و یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه علم و فناوری و مؤسسه تحقیقات انرژی کره، نسل بعدی آنُدهای امیدوارکننده ای را توسعه داده اند که امکان دارد این نیازهای حیاتی را برطرف کند.
به نقل از اس اف، در حالیکه گرافیت، رایج ترین ماده برای ساخت آنُد در باتری های لیتیوم یونی (LIBs) است و پایداری ساختاری قوی را عرضه می دهد، اما به علت ظرفیت پایین و نرخ شارژ/دشارژ پایین محدود شده است. برای غلبه بر این محدودیت ها، محققان یک طرح برای ساخت یک الکترود جدید را پیشنهاد کرده اند که کربن سخت با قلع (Sn) در آن ترکیب شده است.
کربن سخت یک ماده کربنی نامرتب با ریز منافذ و مسیرهای فراوان است که انتشار سریع یون های لیتیوم و سدیم را آسان می کند. این ساختار هم ذخیره انرژی بالا و هم استقامت مکانیکی را امکانپذیر می کند و این ویژگی، آنرا برای کاربردهای با سرعت بالا و عمر طولانی ایده آل می کند.
با این وجود، ترکیب قلع چالش دیگری را ایجاد کرد. هرچه ذرات قلع کوچکتر باشند، به صورت مؤثرتری انبساط حجمی مشکل ساز، کاهش و ثبات کلی افزایش خواهد یافت، اما متاسفانه، نقطه ذوب پایین قلع (حدود ۲۳۰ درجه سانتیگراد) سنتز چنین ذرات ریزی را دشوار می کند. محققان با استفاده از فرایند سُل-ژل و به دنبال آن کاهش حرارتی، به این مورد پرداختند و با موفقیت نانوذرات قلع زیر ۱۰ نانومتری توزیع شده یکنواخت را در ماتریس کربن سخت جاسازی کردند.
نانوذرات قلع نه تنها بعنوان مواد فعال عمل می کنند، بلکه بعنوان کاتالیزورهایی عمل می کنند که سبب تبلور کربن سخت می شوند. در طول چرخه الکتروشیمیایی، تشکیل برگشت پذیر پیوندهای Sn-O به افزایش ظرفیت باتری از راه واکنش های تبدیلی کمک می نماید.
الکترود مهندسی شده عملکرد بسیار خوبی را در باتری های لیتیوم یون نشان داده است، عملکرد پایدار را در ۱۵۰۰ چرخه تحت شرایط شارژ سریع ۲۰ دقیقه ای حفظ می نماید، در حالیکه به چگالی انرژی حجمی ۱.۵ برابر بیشتر از آندهای گرافیت معمولی دست می یابد. این موفقیت نشان دهنده ادغام موفقیت آمیز توان بالا، انرژی بالا و عمر چرخه طولانی در یک الکترود است.
این الکترود همینطور عملکرد فوق العاده ای را در باتری های سدیم یون (SIBs) نشان داده است. یون های سدیم معمولاً واکنش پذیری ضعیفی با مواد آند معمولی مانند گرافیت یا سیلیکون نشان می دهند. با این وجود، ساختار نانو کامپوزیت سخت کربن-قلع، پایداری عالی و سریع را در محیط های سدیمی حفظ می نماید و این بر تطبیق پذیری باتری جدید در چندین پلت فرم باتری تأکید دارد.
این مطالعه نشان دهنده نقطه عطف جدیدی در توسعه نسل بعدی باتری ها با کارآمدی بالا است و نویدبخش برنامه های کاربردی در وسایل نقلیه الکتریکی، سیستم های هیبریدی و ESS در مقیاس شبکه است.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب