توسعه باتری های نسل بعدی با شارژ سریع تر و عمر طولانی تر
انجمن پارسیان: یک گروه تحقیقاتی با بهره گیری از ذرات قلع در اندازه نانو و کربن سخت، آنُد پرقدرت و با چگالی انرژی بالایی ساخته اند که می تواند پیشرفتی برای نسل بعدی باتری ها باشد.
به گزارش انجمن پارسیان به نقل از ایسنا، تقاضا برای باتری هایی با قابلیت شارژ فوق العاده سریع و چگالی انرژی بالا در بخش 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 ممکنست این نیازهای حیاتی را برطرف کند.
به نقل از اس اف، در صورتیکه گرافیت، رایج ترین ماده برای ساخت آنُد در باتری های لیتیوم یونی (LIBs) است و پایداری ساختاری قوی را ارائه می دهد، اما به سبب ظرفیت پایین و نرخ شارژ/دشارژ پایین محدود شده است. برای غلبه بر این محدودیت ها، پژوهشگران 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 نامنظم با ریز منافذ و مسیرهای فراوان است که انتشار سریع یون های لیتیوم و سدیم را راحت می کند. این ساختار هم ذخیره انرژی بالا و هم استواری مکانیکی را ممکن 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، بطور مؤثرتری انبساط حجمی مشکل ساز، کاهش و ثبات کلی بیشتر می شود، اما متاسفانه، نقطه ذوب پایین قلع (حدود ۲۳۰ درجه سانتیگراد) سنتز چنین ذرات ریزی را دشوار می کند. پژوهشگران با بهره گیری از پروسه سُل-ژل و بدنبال آن کاهش حرارتی، به این مساله پرداختند و با موفقیت نانوذرات قلع زیر ۱۰ نانومتری توزیع شده یکنواخت را در ماتریس کربن سخت جاسازی کردند.
نانوذرات قلع نه فقط به عنوان مواد فعال عمل می کنند، بلکه به عنوان کاتالیزورهایی عمل می کنند که موجب تبلور کربن سخت می شوند. در طول چرخه الکتروشیمیایی، تشکیل برگشت پذیر پیوندهای Sn-O به افزایش ظرفیت باتری بوسیله 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 صورتیکه به چگالی انرژی حجمی ۱.۵ برابر بیش 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 همین طور عملکرد فوق العاده ای را در باتری های سدیم یون (SIBs) نشان داده است. یون های سدیم بطور معمول 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 کارآیی بالا است و نویدبخش برنامه های کاربردی در وسایل نقلیه الکتریکی، سیستم های هیبریدی و ESS در مقیاس شبکه است.
منبع: انجمن پارسیان
این پست را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این پست