راهکار مرموز چینی برای انقلابی در دنیای باتری های لیتیوم-یونی / آیا چینی‌ها راز طول عمر باتری‌های لیتیومی را کشف کردند؟

به گفته اخبار تجاری ، باتری های لیتیوم یون ستون فقرات دنیای امروز ما هستند. از تلفن های هوشمند گرفته تا اتومبیل های برقی و سیستم های ذخیره سازی برای انرژی های تجدید پذیر ، این باتری ها نقش مهمی در زندگی روزمره و آینده انرژی پاک دارند. با وجود همه مزایا ، محدودیت هایی مانند کاهش ظرفیت به مرور زمان ، خطر گرمای بیش از حد ، مشکلات امنیتی و هزینه های بالای تولید مانع از توسعه پایدار این فناوری به دلیل پشتیبانی از فلزات نادر شده است. به همین دلیل ، دانشمندان در سراسر جهان به دنبال استراتژی هایی برای ساختن باتری های بادوام ، ایمن تر و محبوب تر هستند.

یکی از آخرین پیشرفت ها در این زمینه ، توسعه یک پوشش دوتایی نوآورانه توسط محققان چینی است که می توانند طول عمر کات های لیتیوم را گسترش دهند و روش جدیدی برای تولید نسل بعدی باتری های لیتیوم ارائه دهند.

چالش های لیتیوم -غنی از لیتیوم

اکسیدهای لیتیوم -iCH -ICH (LRMO) به دلیل ظرفیت بالای آنها و کمتر از برخی مواد دیگر ، در سالهای اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است. اما این مواد مشکلات جدی دارند:

• انتشار اکسیژن در ولتاژهای بالا که منجر به تجزیه ساختاری می شود.
• خوردگی از طریق تجزیه الکترولیت که فلز را از بین می برد و عمر باتری را کاهش می دهد.
• افت ولتاژ و کاهش ظرفیت با گذشت زمان.

راه حل های اولیه برای پوشاندن کاتد یا از انتقال سریع یون های لیتیوم جلوگیری می کند یا پس از چندین بار چرخه بارگذاری و تخلیه ناپدید می شود.

راه حل جدید: طراحی lif@spinel

محققان دانشگاه هابی و دانشگاه لانگیان در چین راه حل جدیدی به نام@Spinel را ارائه داده اند ، ترکیبی از دو لایه محافظ:

1. لایه ریسندگی داخلی: این لایه به طور مستقیم روی سطح کاتد تشکیل می شود و یک شبکه سه بعدی ایجاد می کند که حرکت سریع یون های لیتیوم را تسهیل می کند.
2. لایه بیرونی زندگی: این پوشش مانند سپر عمل می کند و از الکترولیت سوز آور جلوگیری می کند. این لایه با پیوندهای Ni-F- شیمیایی به سطح محدود شده و از ثبات بالایی برخوردار است.

این پوشش با درج بازسازی صورت می گیرد و با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و طیف سنجی فوتوالکترون X -Beam ، ادغام و ادغام کامل دو لایه تأیید می شود.

نتایج آزمایش

آزمایشات نشان داده اند که این طراحی دوگانه عملکرد بسیار بهتری نسبت به تمرینات بدون روکش دارد:

• در ۲ درجه سانتیگراد ، کاتد پوشش هنوز ۳.۵ ٪ از ظرفیت خود را پس از ۲ چرخه شارژ و تخلیه حفظ می کند ، در حالی که نمونه بدون پوشش فقط ۲.۵ ٪ را حفظ کرده است.
• حتی در شرایط سخت و چرخه های فوق العاده سریع در دمای ۲ درجه سانتیگراد ، باتری هایی با LIF@Spinel بیش از ۵ ٪ از ظرفیت خود را نگه داشته اند.
• نتایج امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد که این پوشش به طور چشمگیری مقاومت کمتری ، جریان یون سریعتر و خورنده را از طریق محصولات کاهش می دهد.

فناوری جدید را دنبال کنید

به گفته محققان ، این عملکرد می تواند تفاوت زیادی در دنیای باتری ایجاد کند:

• اتومبیل های برقی می توانند با تابلوهای طولانی تر و باتری طولانی تر وارد بازار شوند.
• دستگاه های الکترونیکی قابل حمل مانند لپ تاپ و تلفن های هوشمند می توانند طولانی تر کار کنند.
• سیستم های ذخیره سازی انرژی های تجدید پذیر (مانند انرژی خورشید و باد) می توانند کارآمدتر و قابل اطمینان تر شوند.

از آنجا که طراحی lif@ -spinel قادر به سازگاری با سایر مواد الکترود ناپایدار است ، این می تواند هنگام ذخیره انرژی پیشرفت بیشتری داشته باشد.

حمایت و انتشار علمی

این تحقیق با حمایت چندین موسسه علمی و تحقیقاتی انجام شد:

• پروژه تحقیقات علمی آموزش علمی گروه آموزش و پرورش هبی
• برنامه تحقیقاتی دانشگاه تاریخ هابی
• بنیاد ملی علوم چین
• پروژه توسعه استانی و فناوری شوهر تحت هدایت دولت مرکزی
• تیم تحقیقاتی دانشگاه علوم و نوآوری HBE

نتایج این مطالعه در ژورنال محترم مواد و مواد و دستگاه های محترم منتشر شده است.

باتری های لیتیوم یون آینده انرژی پاک است ، اما محدودیت های فنی آنها به نوآوری های اساسی نیاز دارد. مطالعه جدید با طراحی دو Lifel@Spinell نشان داد که زندگی و ظرفیت این باتری ها می تواند به طرز چشمگیری گسترش یابد. این عملکرد می تواند نقطه عطفی برای توسعه اتومبیل های برقی با دوام ، دستگاه های الکترونیکی کارآمدتر و سیستم های ذخیره سازی انرژی قابل اطمینان تر باشد. در دنیایی که به سرعت به سمت انرژی های تجدید پذیر حرکت می کند ، چنین نوآوری هایی می تواند آینده ای دائمی تر و سازگار با محیط زیست را ایجاد کند.