یک تیم پژوهشی مشترک از موسسه ملی علوم مواد ژاپن (NIMS) و شرکت تخصصی کربن Toyo Tanso موفق به توسعه یک الکترود کربنی جدید شده که میتواند کارایی باتریهای لیتیومـهوا را بهطور قابل توجهی افزایش دهد؛ باتریهایی که به دلیل وزن کم و ظرفیت انرژی بالا گزینهای حیاتی برای هواپیماهای برقی و خودروهای الکتریکی نسل آینده به شمار میروند.
به گزارش برنا، این پژوهشگران اعلام کردند که موفق شدهاند یک باتری لیتیومـهوا در مقیاس ۱ واتساعتی با استفاده از الکترودی به ابعاد ۴ در ۴ سانتیمتر بسازند نتیجهای که نشان میدهد این فناوری قابلیت مقیاسپذیری صنعتی دارد و میتوان آن را از نمونههای آزمایشگاهی کوچک به سلولهای بزرگ و کاربردی تبدیل کرد.
حل سه مشکل حیاتی در باتری نهایی قابل شارژ
باتریهای لیتیومـهوا مدتها به عنوان فناوری رویایی مطرح بودند، زیرا از نظر نظری میتوانند چگالی انرژی بسیار بالاتری نسبت به باتریهای لیتیومیون داشته باشند و برد خودروها و هواپیماهای برقی را افزایش دهند.
اما این فناوری همیشه با سه مشکل اساسی دستوپنجه نرم کرده است: خروجی پایین، عمر کوتاه و ضعف در مقیاسپذیری.
پروژه جدید NIMS و Toyo Tanso با طراحی یک الکترود کربنی ویژه تلاش کرده این سه مانع را برطرف کند.
از سلولهای ۰٫۰۱ واتساعتی تا ۱ واتساعت
پیشتر نمونههای کوچک این باتریها (معمولا کمتر از ۰٫۰۱ واتساعت) قادر به تامین انرژی کافی برای دستگاههای بزرگتر از یک میکروچیپ نبودند.
در سال ۲۰۲۱ NIMS نمونهای از یک باتری لیتیوم هوا با چگالی ۵۰۰ واتساعت بر کیلوگرم ارائه داد، یعنی بیش از دو برابر بهترین باتریهای لیتیومیون فعلی. با این حال این سلول هنوز برای کاربردهای واقعی به توان خروجی بیشتر و طول عمر بالاتر نیاز داشت.
الکترود جدید چگونه ساخته شد؟
هسته مسئله طراحی یک الکترود مثبت کربنی با تخلخل و پایداری مناسب بود.
در کار جدید:
• شرکت Toyo Tanso کربن متخلخل اختصاصی خود با نام CNovel را ارائه داد؛ مادهای با ساختار مزوحفرهای کنترلشده.
• NIMS نیز فناوری تولید غشاهای کربنی خودایستا را به کار گرفت.
ترکیب این دو الکترودی با ساختار متخلخل لایهای ایجاد کرد که باعث بهبود حرکت یونها و افزایش کارایی واکنشهای الکتروشیمیایی میشود.
گام مهم برای پرواز برقی و افزایش برد خودروها
باتری ساختهشده با این الکترود توانست بیش از ۱۵۰ چرخه شارژ و دشارژ را در چگالی جریان بالای ۱.۵ میلیآمپر بر سانتیمتر مربع بهطور پایدار پشت سر بگذارد.
ویژگیهای کلیدی این پیشرفت:
• خروجی بالاتر برای تامین شتاب لحظهای خودروهای برقی یا نیروی موردنیاز برخاست عمودی تاکسیهای هوایی
• بهبود بلورینگی کربن که موجب افزایش دوام الکترود و افزایش طول عمر باتری میشود
• توسعه روش تولید الکترودهای بزرگ با ابعاد ۱۰ در ۱۰ سانتیمتر یا بیشتر که مسیر را برای ساخت سلولهای بزرگ صنعتی هموار میکند.
جهشی به سوی باتریهایی با چگالی مشابه بنزین
در حالی که بهترین باتریهای لیتیومیون بازار معمولا از ۳۰۰ واتساعت بر کیلوگرم فراتر نمیروند، باتریهای لیتیومـهوا بهصورت نظری میتوانند به چگالی انرژی قابل مقایسه با بنزین برسند؛ موضوعی که میتواند آینده حملونقل را دگرگون کند.
این دستاورد نشان میدهد دورانی که خودروهای برقی برد کوتاه نداشته باشند و هواپیماهای برقی از زمین بلند نشوند به واقعیت نزدیکتر شده است.
نتایج این تحقیق در مجله Cell Reports Physical Science منتشر شده است.
انتهای پیام/