زنده کردن باتری‌های مرده – محققان عمر باتری را تا 30 درصد افزایش دادند.
جزایر لیتیوم غیرفعال مانند کرم می خزند تا دوباره به الکترودهایشان متصل شوند و ظرفیت و طول عمر باتری را بازیابی کنند.
محققان آزمایشگاه ملی شتابدهنده SLAC در وزارت انرژی و دانشگاه استنفورد معتقدند ابزاری برای احیای باتری‌های لیتیومی قابل شارژ کشف کرده‌اند که ممکن است برد خودروهای الکتریکی و عمر باتری را در دستگاه‌های الکترونیکی نسل بعدی افزایش دهد.
با چرخش باتری‌های لیتیومی، جزایر کوچکی از لیتیوم غیرفعال بین الکترودها تشکیل می‌شوند که توانایی باتری را برای نگه داشتن شارژ کاهش می‌دهد. با این حال، محققان دریافتند که می‌توانند این لیتیوم «مرده» را مانند کرمی به سمت یکی از الکترودها بخزند تا زمانی که دوباره وصل شود و در نتیجه تا حدودی روند نامطلوب را معکوس کنند.
افزودن این مرحله اضافی، تخریب باتری آزمایشی آنها را کند کرد و طول عمر آن را نزدیک به 30٪ افزایش داد.
فانگ لیو، محقق ارشد پژوهشی که در 22 دسامبر در منتشر شد، گفت: «ما اکنون در حال بررسی امکان بازیابی ظرفیت از دست رفته Nature فانگ لیو، محقق ارشد پژوهشی که در 22 دسامبر در باتری‌های لیتیوم یونی با استفاده از یک مرحله تخلیه بسیار سریع هستیم
تحقیقات زیادی به دنبال راه‌هایی برای ساخت باتری‌های قابل شارژ با وزن سبک‌تر، طول عمر بیشتر، ایمنی بهبود یافته و سرعت شارژ سریع‌تر نسبت به فناوری لیتیوم یونی است که در حال حاضر در تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شود. تمرکز ویژه بر روی توسعه باتری های لیتیوم فلزی است که می توانند انرژی بیشتری را در هر حجم یا وزن ذخیره کنند. به عنوان مثال، در خودروهای برقی، این باتری‌های نسل بعدی می‌توانند مسافت پیموده شده را در هر بار شارژ افزایش دهند و احتمالاً فضای صندوق عقب کمتری را اشغال کنند.
هر دو نوع باتری از یون های لیتیوم با بار مثبت استفاده می کنند که بین الکترودها رفت و آمد می کنند. با گذشت زمان، مقداری از لیتیوم فلزی از نظر الکتروشیمیایی غیرفعال می شود و جزایر جدا شده ای از لیتیوم را تشکیل می دهد که دیگر به الکترودها متصل نمی شوند. این منجر به از دست دادن ظرفیت می شود و یک مشکل خاص برای فناوری لیتیوم-فلز و برای شارژ سریع باتری های لیتیوم یون است.
با این حال، در مطالعه جدید، محققان نشان دادند که می توانند لیتیوم جدا شده را برای افزایش عمر باتری بسیج و بازیابی کنند.
یی کوی، استاد دانشگاه استنفورد و SLAC و محقق مؤسسه تحقیقات مواد و انرژی استنفورد (SIMES) گفت: “من همیشه لیتیوم جدا شده را بد می دانستم، زیرا باعث پوسیدگی باتری ها و حتی آتش گرفتن آنها می شود.” پژوهش. اما ما کشف کرده‌ایم که چگونه می‌توان این لیتیوم مرده را با الکترود منفی دوباره به صورت الکتریکی وصل کرد تا دوباره فعال شود.
خزنده، مرده نیست
ایده این مطالعه زمانی متولد شد که کوی حدس زد که اعمال ولتاژ به کاتد و آند باتری می تواند جزیره ای جدا شده از لیتیوم را به طور فیزیکی بین الکترودها حرکت دهد – فرآیندی که تیم او اکنون با آزمایش های خود تأیید کرده است.
دانشمندان یک سلول نوری با یک کاتد لیتیوم نیکل- منگنز- اکسید کبالت (NMC)، یک آند لیتیوم و یک جزیره لیتیوم ایزوله در بین آنها ساختند. این دستگاه آزمایشی به آنها اجازه می‌داد تا در زمان واقعی آنچه را که در باتری در حال استفاده است، ردیابی کنند.
آنها دریافتند که جزیره لیتیومی جدا شده اصلاً “مرده” نیست بلکه به عملیات باتری پاسخ می دهد. هنگام شارژ سلول، جزیره به آرامی به سمت کاتد حرکت کرد. هنگام تخلیه، در جهت مخالف خزید.
کوی گفت: “این مانند یک کرم بسیار آهسته است که سر خود را به سمت جلو می کشد و دم خود را به داخل می کشد تا نانومتر به نانومتر حرکت کند.” در این حالت، با حل شدن در یک سر و رسوب مواد به انتهای دیگر، حمل می شود. اگر بتوانیم کرم لیتیومی را در حرکت نگه داریم، در نهایت آند را لمس می کند و اتصال الکتریکی را دوباره برقرار می کند.
نتایجی که دانشمندان با دیگر باتری‌های آزمایشی و از طریق شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای تأیید کردند، همچنین نشان می‌دهد که چگونه می‌توان لیتیوم جدا شده را در یک باتری واقعی با اصلاح پروتکل شارژ بازیابی کرد.
لیو گفت: «ما دریافتیم که می‌توانیم لیتیوم جدا شده را در حین تخلیه به سمت آند حرکت دهیم و این حرکات در جریان‌های بالاتر سریع‌تر هستند. بنابراین ما یک مرحله تخلیه سریع و با جریان بالا را درست پس از شارژ باتری اضافه کردیم، که لیتیوم جدا شده را به اندازه کافی دور کرد تا دوباره به آند متصل شود. این لیتیوم را دوباره فعال می کند تا بتواند در عمر باتری شرکت کند.
او افزود: «یافته‌های ما همچنین پیامدهای گسترده‌ای برای طراحی و توسعه باتری‌های لیتیوم فلزی قوی‌تر دارند.»
این کار توسط دفتر کارایی انرژی و انرژی های تجدیدپذیر وزارت انرژی، دفتر فناوری های خودرو تحت برنامه های تحقیقات مواد باتری BMR)، کنسرسیوم باتری 500 و ارزیابی سلول های شارژ سریع فوق العاده باتری های لیتیوم یون (XCEL) تامین شده است
