یک موفقیت بزرگ در توسعه باتری لیتیوم-گوگرد

به گزارش ایسنا، محققان چینی و آلمانی از پیشرفت قابل توجهی در فناوری باتری لیتیوم-گوگرد خبر داده‌اند که پایداری و عملکرد بهتری را نشان می‌دهد.

بر اساس مطالعه آنها که در مجله Nature منتشر شده است، این باتری لیتیوم-گوگرد جدید از الکترولیت‌های جامد استفاده می‌کند که به نظر می‌رسد بیشتر مسائل حلالیت ترکیبات میانی را برطرف می کند.

لیتیوم در چند دهه اخیر ثابت کرده است که یک ماده شگفت انگیز در دنیای باتری‌هاست. این امر به ویژه در دنیای در حال رشد باتری‌های حالت جامد صادق است. با این حال، در حالی که سیلیکون برای این نقش بسیار مفید است، گوگرد می‌تواند لیتیوم بیشتری نسبت به سیلیکون ذخیره کند و علی‌رغم چالش‌هایی که دارد، جایگزین امیدوارکننده‌ای است.

محققان به طور مشخص، توجه خود را به گوگرد معطوف کردند که به دلیل فراوانی و هزینه کم برای مدت طولانی برای این کار جذاب بوده است.

آیا گوگرد راز باتری‌های حالت جامد است؟

گوگرد بر خلاف پتانسیل خود، رسانایی ضعیفی دارد و انبساط آن در طول ذخیره‌سازی لیتیوم چالش‌هایی را به وجود می‌آورد.

گوگرد همچنین تمایل تاسف باری برای واکنش با لیتیوم دارد و ترکیبات واسطه‌ای تولید می‌کند که در اکثر الکترولیت‌های مایع حل می‌شوند. این ایده آل نیست، زیرا منجر به ناکارآمدی، از جمله تخلیه شارژ و کاهش سریع ظرفیت می‌شود.

این مسائل به طور قابل توجهی طول عمر باتری‌های لیتیوم-گوگرد را به چند صد چرخه محدود کرده‌اند. اکنون دو تیم تحقیقاتی مستقل چینی و آلمانی برای کمک به حل این مسائل به پیشرفت قابل توجهی رسیده‌اند.

اولین مورد شامل استفاده از گوگرد در باتری‌های حالت جامد است. الکترولیت‌های جامد تمایل به داشتن ساختار اتمی متخلخل دارند که انتشار یون را ممکن می‌سازد و در عین حال حرکت واسطه‌های مبتنی بر گوگرد را محدود می‌کند. همچنین با بهبود چشمگیر بازدهی شارژ همراه است.

این امر با تولید مخلوط شیشه‌ای از بور، گوگرد، لیتیوم، فسفر و ید به دست آمد. ثابت شد که دومی در واقع یک راهکار موفق است که انتقال الکترون‌ها را از طریق واکنش‌های اکسایش-کاهش سرعت می‌بخشد و سرعت واکنش در الکترودها را افزایش می‌دهد.

باتری به دست آمده قابلیت‌های قابل توجهی را نشان داد که حتی در شرایط شارژ با سرعت بالا در دمای بالا(۵۰ درجه سانتی‌گراد) نیز تنها در یک دقیقه شارژ شد و توانست نیمی از ظرفیت خود را در مقایسه با نرخ شارژ کندتر حفظ کند.

نتایج چشمگیر در آزمایش

این باتری همچنین بیش از ۸۰ درصد از ظرفیت اولیه خود را پس از ۲۵ هزار چرخه شارژ و تخلیه حفظ کرد که به مراتب از دوام باتری‌های لیتیوم-یونی که پس از تقریباً ۱۰۰۰ چرخه تخریب می‌شوند، فراتر است.

با وجود این دستاوردها، سوالاتی در مورد چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم-گوگرد باقی می‌ماند. در تنظیمات آزمایشی از ترکیبی از مواد، از جمله یک فویل فلزی لیتیوم-ایندیوم و یک مخلوط کربن-گوگرد با الکترولیت شیشه استفاده شد.

محاسبات ظرفیت گزارش شده فقط وزن گوگرد را در نظر می‌گیرد و باعث عدم اطمینان در مورد وزن و کارایی حجم کلی باتری می‌شود.

اگرچه ممکن است این باتری‌ها برای کاربردهای فشرده مانند گوشی‌های هوشمند یا وسایل نقلیه الکتریکی مناسب نباشند، اما عمر طولانی و قابلیت شارژ سریع، آنها را برای سیستم‌های ذخیره انرژی ثابت ایده‌آل می‌کند.

در صورت تحقق تولید انبوه باتری‌های لیتیوم-گوگرد، این باتری‌ها می‌توانند صنایع متکی به راه‌حل‌های ذخیره انرژی بادوام و با کارایی بالا را متحول کنند.

این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.

انتهای پیام