ضرورت ساخت باتری‌ های جامد جدید برای خودروهای برقی

از تارنمای سای تک دیلی، باتری‌های حالت جامد در مقایسه با باتری‌های سنتی (معمولی) لیتیوم - یونی شارژ سریع‌تری ارائه می‌دهند و همچنین مسافت پیمایش و طول عمر بیشتری دارند و می‌توانند نقشی کلیدی در خودرو‌های برقی ایفا کنند، اما باتری‌های حالت جامد به علت شیوه‌های فعلی فرآوری و تولید مواد، مستعد ناکارایی و شکست هستند.

اکنون محققان یک نقص پنهان را کشف کردند که علت این شکست‌ها بوده است، مرحله بعدی تولید مواد و فرآیند‌های تولیدی است که این نقصان‌ها را مدنظر قرار می‌دهد و باتری‌های نسل بعدی را ایجاد می‌کند.

برخلاف باتری‌های لیتیوم – یونی که ذراتی با بار الکتریکی به نام یون دارند و در یک مایع جابجا می‌شوند، باتری‌های حالت جامد یون‌هایی دارند که در داخل باتری و یک ماده جامد حرکت می‌کنند.

تحقیق جدید نشان می‌دهد که هر چند سلول‌های حالت جامد مزایایی دارند، اما تفاوت‌های محلی یا نقصان‌های کوچک در ماده جامد ممکن است موجب خراب شدن باتری شود و از این رو به گفته محققان وجود یک ماده یک شکل اهمیت دارد تا از این طریق یون‌ها بتوانند در هر مکانی با سرعت یکسان حرکت کنند.

کلسی هاتزل استاد مهندسی مکانیک در مرکز انرژی و محیط زیست اندلینگر مرکز تحقیقاتی در نیوجرسی آمریکا و همکارانش در مقاله‌ای جدید توضیح دادند که چگونه موفق شدند ابزار‌هایی با فناوری بالا را برای رصد و دنبال کردن تغییرات مواد در مقیاس نانو در حین شارژ شدن در داخل باتری‌ها مورد استفاده قرار دهند.

محققان دانشگاه پرینستون و چند موسسه تحقیقاتی آمریکا نیز ذرات کریستالی را در الکترولیت جامد باتری تحلیل و نتیجه گیری کردند که تغییر روش‌های تولید و فرآوری مواد ممکن است به حل و فصل مشکلات مربوط به قابل اتکا بودن باتری‌ها یاری رساند.

باتری‌ها انرژی الکتریکی را در موادی ذخیره‌سازی می‌کنند که الکترود‌های آن‌ها را تشکیل می‌دهند، آند (قطب با علامتی منفی) و کاتد (با علامت مثبت). زمانی که انرژی باتری برای تامین نیروی مورد نیاز خودرو یا یک گوشی تلفن همراه خالی می‌شود، ذرات با بار الکتریکی در طول باتری به سمت کاتد حرکت می‌کنند. الکترولیت جامد یا مایع مسیری است که یون‌ها بین آند و کاتد طی می‌کنند.

مهندسان می‌دانند که باتری‌های حالت جامد مستعد ناکارایی الکترولیت هستند، اما به نظر می‌رسید که این ناکارایی به صورت رندوم یا تصادفی روی داده است. اما هاتزل و محققان همکار او به این فکر افتادند که این ناکارایی ممکن است تصادفی نباشد، بلکه ناشی از تغییرات در ساختار کریستالی الکترولیت باشد.

آن‌ها برای آزمایش این فرضیه از سنکروترون استفاده کردند و از این طریق اشعه ایکس نیرومند تولید کردند تا بتوانند داخل باتری را در زمان کار مشاهده کنند.

محققان از این طریق دو ساختار کلی را شناسایی کردند که موجب حرکت یون‌ها با سرعت‌های مختلف می‌شوند. آن‌ها حرکت یون‌ها در طول باتری را به حرکت آب در مسیر رودخانه و برخورد آن با سنگ که مانع عبور آب می‌شود، تشبیه کردند.

این محققان می‌گویند که با ایجاد تغییراتی در نحوه ساخت و همچنین با افزودن مقادیر کمی از مواد شیمیایی متفاوت می‌توان اشکال و ساختار‌های کریستالی در الکترولیت باتری را به ثبات رساند.

باشگاه خبرنگاران