باتری‌های نسل فعلی یکی از بزرگ‌ترین موانع در مسیر پیشرفت فناوری به ویژه خودروهای الکتریکی هستند. محدودیت‌های این نوع باتری و عمر کوتاهشان باعث شده تا قیمت محصولات مبتنی بر آنها روز به روز در حال افزایش باشد. حال محققان هاروارد نوعی باتری ایجاد کرده‌اند که تنها به چند دقیقه زمان برای شارژ کامل نیاز دارید.
محققان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد (SEAS) در ایالات متحده، نوعی جدید از باتری را تولید کرده‌اند که می‌تواند حداقل 6000 مرتبه سیکل شارژ (فرایند شارژ کامل و دشارژ) را تحمل کرده تنها در عرض چند دقیقه کاملاً شارژ شود. این افزایش دوام بیش از هر باتری دیگری محسوب می‌شود که تا به امروز تولید شده است.
تحقیقات صورت گرفته توسط این پژوهشگران نه تنها روش جدیدی را برای ساخت باتری‌های حالت جامد با آند فلزی لیتیوم توصیف می‌کند، بلکه درک جدیدی از مواد مورد استفاده برای این باتری‌های بالقوه انقلابی ارائه می‌دهد.
شین لی (Xin Li)، دانشیار علوم مواد در SEAS و پژوهشگر ارشد این پروژه اعلام کرده است:
باتری‌های آند فلزی لیتیوم نقطه عطف جدیدی در دنیای باتری‌ها توصیف می‌شوند، زیرا این نوع باتری ده برابر باتری‌های آندهای گرافیتی تجاری ظرفیت داشته است و می‌توانند مسافت رانندگی خودروهای الکتریکی را حداقل بر روی کاغذ به شدت افزایش دهند. دستاورد ما گام مهمی به سوی باتری‌های جامد کاربردی‌تر برای فعالیت‌های صنعتی و تجاری است.
جلوگیری از آتش‌سوزی بزرگ‌ترین چالش باتری‌های نسل جدید
یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در طراحی این نوع باتری، تشکیل دندریت در سطح آند است. این دندریت‌ها زمانی تشکیل می‌شوند که یون‌های لیتیوم در حین شارژ شدن از کاتد به آند حرکت می‌کنند و در فرایندی به نام آبکاری به سطح آند متصل می‌شوند.
به گزارش Seas.harvard، این ساختارها مانند ریشه در الکترولیت رشد می‌کنند و بخش مانع که وظیفه جداسازی آند و کاتد را دارد، سوراخ می‌کنند. این وضعیت در نهایت به اتصال کوتاه باتری یا حتی آتش گرفتن آن منجر خواهد شد.
لی و همکارانش برای رفع این مشکل یک باتری چندلایه که مواد مختلف با پایداری‌های متفاوت بین آند و کاتد آن قرار می‌گیرد را مورد استفاده قرار دادند. این روش در نهایت به راهی برای مقابله با دندریت‌ها ختم شد. طراحی چندلایه و چند ماده‌ای مذکور از نفوذ دندریت‌های لیتیوم نه با متوقف کردن کامل آنها، بلکه با کنترل و مهار جلوگیری می‌کرد.
محققان نسخه‌ای از باتری به اندازه یک تمبر پستی ساختند که 10 تا 20 برابر بزرگ‌تر از سلول سکه‌ای است که در اکثر آزمایشگاه‌های دانشگاهی ساخته می‌شود.
در همین رابطه بخوانید:
– دستاورد دانشمندان چینی: ساخت باتری اتمی که تا 50 سال شارژ نگه می‌دارد!
نکته جالب آن است که این محصول آزمایشی پس از 6000 چرخه همچنان توانست 80 درصد ظرفیت خود را حفظ کرده و از تمام باتری‌های موجود در بازار امروز جهان بهتر عمل کند.
این در حالی است که به گفته محققان باتری جدید آنها تنها به چند دقیقه زمان برای شارژ کامل نیاز داشته و می‌تواند یکی از بزرگ‌ترین مشکلات مربوط به خودروهای الکتریکی، یعنی ساعت‌ها زمان برای شارژ مجدد را برطرف کند.
