ژل جدید برای افزایش طول عمر باتری‌های خودروهای الکتریکی و پهپادها

به گفته محققان، این فناوری که محلول شیمیایی باتری را با ماده جدیدی با قوام ژل مانند جایگزین می‌کند، می‌تواند برای یافتن کاربرد فوری در صنعت خودروهای برقی چین رونق یابد.

از آنجایی که ظرفیت باتری با شارژ و استفاده مکرر کاهش می‌یابد، یک شاخص کلیدی از عمر مفید آن، حفظ ظرفیت است – که به عنوان نسبت ظرفیت تخلیه به ظرفیت تخلیه اولیه پس از یک چرخه خاص محاسبه می‌شود.

محققان مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را برای اندازه‌گیری عملکرد نگهداری باتری جدید انجام دادند. آنها ۱۰۰ درصد عمق تخلیه (DoD) را با باتری انجام دادند. این فرآیند در واقع برای چرخه عمر باتری مضر است، اما در یافتن مشکلات آن کارآمد است. پس از ۳۰۰ سیکل شارژ و دشارژ با ۱۰۰ درصد عمق تخلیه، باتری در ظرفیت ۹۲ درصد باقی ماند، در حالی که باتری‌های [سنتی] با آند لیتیوم خالی و الکترولیت‌های مایع تنها ۳۰ درصد باقی می‌مانند.

این دستاورد دلگرم کننده است و نشان می‌دهد عمر باتری به طور قابل توجهی بیشتر از باتری‌های ساخته شده با فناوری پیشرفته است.

این باتری می‌تواند برای سناریوهای صنعتی مانند باتری‌های EV یا هواپیماهای بدون سرنشین و به منظور افزایش عمر مفید آنها اعمال شود.

باتری‌های خودروهای الکتریکی ترکیبی از صدها سلول باتری هستند. محققین از یک لایه ضخیم تری از ژل در مدل برای بهبود عملکرد باتری استفاده می‌کنند.

باتری‌های لیتیومی به دلیل چگالی انرژی و ظرفیت بالا به طور گسترده در وسایل الکترونیکی، وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم‌های ذخیره انرژی استفاده می‌شوند. اما آند فلزی لیتیوم در حالت طبیعی خود فعال است و ممکن است با محلول شیمیایی سنتی موسوم به الکترولیت مایع واکنش نشان دهد که منجر به کاهش کارایی و مشکلات ایمنی می‌شود.

محققین چینی الکترولیت‌های پلیمری ژل (GPEs)، یک ماده نیمه جامد یا نیمه مایع، را به عنوان نوع جدیدی از پر کردن باتری‌های لیتیومی توسعه دادند.

محلول‌های مایع سنتی دارای مزیت رسانایی بالا هستند، به این معنی که یون‌های لیتیوم را سریع‌تر منتقل می‌کنند. از طرف دیگر، الکترولیت‌های پلیمری جامد، انعطاف پذیری بالاتر و ایمنی بهتر در برابر آتش را ارائه می‌دهند. به گفته محققان، GPE ها در یک حالت متوسط هستند و بنابراین مزایای خود را در هدایت و ایمنی ترکیب می‌کنند.

GPEها از سیلیس و نانوذرات با اندازه نانو تشکیل شده‌اند که به عنوان پرکننده‌های معدنی عمل می‌کنند، جایی که نانوالیاف به‌عنوان بستر حمایتی برای نانوذرات عمل می‌کند. محققان همچنین از الکترولیت مایع برای پر کردن فضای خالی بین منافذ استفاده کردند و در نتیجه الکترولیت ژله‌ای شکل گرفتند.

نانو سیلیس و نانوذرات می‌توانند رسانایی را افزایش دهند زیرا حرکت یون‌های باردار الکتریکی در لیتیوم و مواد شیمیایی را تحریک می‌کنند. به گفته دانشمندان، ساختار متخلخل زیر نانومتری می‌تواند آزادی حرکت یون‌های لیتیوم را بیشتر افزایش دهد. نانوذرات همچنین ایمنی آتش سوزی GPE ها را افزایش می‌دهند زیرا طبیعتاً قابل اشتعال نیستند و نانوالیاف که متخلخل هستند، انعطاف‌پذیری ساختار داخلی باتری را پشتیبانی کرده و افزایش می‌دهند.

به گفته محققان، تمام این ویژگی‌ها به الکترولیت جدید پایداری و عملکرد بیشتری می‌بخشد.

چین در توسعه باتری‌های با چگالی انرژی بالا پیشرو است، شرکت‌هایی مانند بی وای دی و آمپرکس در این زمینه فعال هستند. اما انفجار باتری و مسائل ایمنی همچنان یک نگرانی جهانی است.

بسیاری از محققان در پی حل این مشکل در مسیرهای مختلف هستند و گزینه‌های مختلفی از جمله جایگزینی الکترولیت‌ها با مواد سرامیکی جامد یا نانوکامپوزیت را ارائه می‌دهند. الکترولیت‌های ژل پلیمری محققین چینی یک گزینه برای این کار است.

منبع: techchina