طراحی کاتد جدید، عملکرد باتری نسل بعدی را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد
- لینک مفید:باتری روی بدون آند که روزی می‌تواند انرژی تجدیدپذیر را ذخیره کند
- بیشتر بدانید:محققان از راز درون باتری‌های لیتیوم-اکسیژن پرده برداشتند
- بیشتر بخوانید:تحقیقات، باتری کم‌هزینه‌تر و با عمر طولانی‌تر را تبلیغ می‌کند
طراحی کاتد جدید، عملکرد باتری نسل بعدی را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد
تیمی به رهبری پروفسور ژائو تیانشو، استاد مهندسی و محیط زیست چئونگ یینگ چان، استاد ارشد مهندسی مکانیک و هوافضا و مدیر موسسه انرژی HKUST، یک مفهوم طراحی کاتد جدید برای باتری لیتیوم-گوگرد (Li-S) ارائه داده‌اند که عملکرد این نوع باتری نسل بعدی امیدوارکننده را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.
باتری‌های Li-S به عنوان جایگزین‌های جذابی برای باتری‌های لیتیوم-یون (Li-ion) که معمولاً در تلفن‌های هوشمند، وسایل نقلیه الکتریکی و پهپادها استفاده می‌شوند، در نظر گرفته می‌شوند.
این باتری‌ها به دلیل چگالی انرژی بالای خود شناخته می‌شوند، در حالی که جزء اصلی آنها، گوگرد، فراوان، سبک، ارزان و سازگار با محیط زیست است.
باتری‌های Li-S می‌توانند چگالی انرژی بیش از ۵۰۰ وات ساعت بر کیلوگرم ارائه دهند که به طور قابل توجهی بهتر از باتری‌های لیتیوم-یونی است که به حداکثر ظرفیت خود یعنی ۳۰۰ وات ساعت بر کیلوگرم می‌رسند.
چگالی انرژی بالاتر به این معنی است که برد تقریبی ۴۰۰ کیلومتری یک وسیله نقلیه الکتریکی که با باتری‌های لیتیوم-یونی کار می‌کند، در صورت استفاده از باتری‌های Li-S می‌تواند به طور قابل توجهی به ۶۰۰ تا ۸۰۰ کیلومتر افزایش یابد.
اگرچه نتایج هیجان‌انگیزی در مورد باتری‌های Li-S توسط محققان در سراسر جهان به دست آمده است، اما هنوز شکاف بزرگی بین تحقیقات آزمایشگاهی و تجاری‌سازی این فناوری در مقیاس صنعتی وجود دارد.
یکی از مسائل کلیدی، اثر شاتل پلی‌سولفید باتری‌های Li-S است که باعث نشت تدریجی مواد فعال از کاتد و خوردگی لیتیوم می‌شود و در نتیجه چرخه عمر باتری کوتاه می‌شود. چالش‌های دیگر شامل کاهش مقدار الکترولیت در باتری و در عین حال حفظ عملکرد پایدار باتری است.
برای پرداختن به این مسائل، تیم پروفسور ژائو با محققان بین‌المللی همکاری کرد تا یک مفهوم طراحی کاتد را پیشنهاد دهد که می‌تواند به عملکرد خوب باتری Li-S دست یابد.
دسته ماکرومتخلخل بسیار جهت‌دار می‌تواند گوگرد را به طور یکنواخت در خود جای دهد، در حالی که مکان‌های فعال فراوانی در داخل گروه تعبیه شده‌اند تا پلی‌سولفید را به شدت جذب کنند و اثر شاتل و خوردگی فلز لیتیوم را از بین ببرند.
با ارائه یک اصل طراحی برای کاتد گوگرد در باتری‌های Li-S، تیم مشترک چگالی انرژی باتری‌ها را افزایش داد و گامی بزرگ به سوی صنعتی شدن باتری‌ها برداشت.
پروفسور ژائو گفت: «ما هنوز در میانه تحقیقات اولیه در این زمینه هستیم. با این حال، مفهوم طراحی الکترود جدید ما و پیشرفت مرتبط با آن در عملکرد، گامی بزرگ به سوی استفاده عملی از باتری نسل بعدی است که حتی قدرتمندتر و بادوام‌تر از باتری‌های لیتیوم‌یون امروزی است.»
تاریخ:1404/7/6
مهسا نعمتی
