افزایش ۹۰ درصدی طول عمر باتری‌های لیتیوم-یون با آند سیلیکونی |…

افزایش چشمگیر طول عمر باتری‌های لیتیوم-یون با نوآوری جدید

باتری‌های لیتیوم-یون با آندهای سیلیکونی، پتانسیل ذخیره‌سازی انرژی تا ده برابر بیشتر از باتری‌های گرافیتی معمولی را دارند، اما چالش اصلی آنها طول عمر کوتاه است. این مشکل ناشی از انبساط سریع سیلیکون (سه تا چهار برابر اندازه اصلی) در طول فرآیند شارژ است که منجر به ترک‌خوردگی و جدا شدن آن از زیرلایه می‌شود. اکنون، دانشمندان موسسه پیشرانش الکتریکی MIPT راهکاری نوآورانه برای غلبه بر این محدودیت یافته‌اند.

فویل‌های مسی سوراخ‌دار: راه‌حلی ساده و مؤثر

به جای استفاده از ساختارهای سه‌بعدی پیچیده و پرهزینه، محققان به سراغ فویل‌های مسی معمولی رفتند. آنها با استفاده از لیزر، سوراخ‌هایی با قطرهای ۲۵۰ و ۵۰۰ میکرومتر در این فویل‌ها ایجاد کردند. این رویکرد ساده، نتایج قابل توجهی در بهبود پایداری باتری‌ها به همراه داشته است.

آلیسا کاراکولینا، محقق این پروژه، توضیح می‌دهد: «ما هنوز دقیقاً نمی‌دانیم که فویل‌های سوراخ‌دار چگونه بر پایداری آندهای مبتنی بر سیلیکون تأثیر می‌گذارند. با این حال، احتمالاً تحت تأثیر خواص مکانیکی ساختار درهم‌تنیده، اشباع فیلم متخلخل با الکترولیت، توزیع اجزای پیوند دهنده و استحکام پیوند آنها با زیرلایه قرار می‌گیرد. ماده فعال، با نفوذ به سوراخ‌های فویل، ممکن است به عنوان یک بخیه نیز عمل کند و طرفین الکترود را محکم به هم بچسباند و از کنده شدن جلوگیری کند.»

نتایج چشمگیر آزمایش‌ها

آزمایش‌ها نشان داد که این روش جدید مزیت قابل توجهی دارد. پس از ۱۰۰ چرخه شارژ-دشارژ، آندی که بر روی فویل سوراخ‌دار نصب شده بود، ۹۰٪ از ظرفیت اولیه خود را حفظ کرد. این در حالی است که آندهای با زیرلایه جامد تنها ۶۰٪ از ظرفیت خود را حفظ کردند. نکته مهم دیگر این است که حتی با چهار برابر شدن جریان تخلیه، هیچ تخریبی مشاهده نشد و مشخص شد که سوراخ‌های کوچکتر، پایداری را بیشتر افزایش می‌دهند.

گام‌های بعدی

تیم تحقیقاتی قصد دارد این تکنیک را بر روی آندهایی با محتوای سیلیکون بالاتر آزمایش کند و در مرحله بعدی، یک دسته آزمایشی از این باتری‌ها را در مرکز آزمایشگاهی موسسه MIPT تولید و ارزیابی نماید. این پیشرفت می‌تواند گامی بزرگ در جهت تولید باتری‌های لیتیوم-یون با ظرفیت بالا و طول عمر طولانی باشد.