على عكس بطاريات Li-ion ، التي تستخدم آلية الإقحام لتحريك أيونات الليثيوم داخل وخارج أنود الجرافيت لإنتاج الطاقة ، تستخدم بطاريات Li-metal Li المعدنية كأنود بدلاً من الجرافيت الضخم والثقيل. نظرًا لأن Li-metal يظهر قدرة نظرية أعلى بعشر مرات (3,860 مللي أمبير / جرام) من الجرافيت (372 مللي أمبير / جرام) ، فقد اكتسب اهتمامًا كبيرًا من المناطق التي تحتاج إلى سعة عالية. بطاريات.
على الرغم من هذه الفائدة ، يمكن أن ينمو Li إلى هيكل يشبه الفروع يُعرف باسم Li dendrite إذا لم يتم تخزينه بشكل موحد وفعال أثناء عملية التدوير. هذا يسبب توسعًا كبيرًا في حجم ملف قطب كهربائي، مما يقلل من عمر دورة البطارية ويزيد من مخاطر مشكلات السلامة مثل الحريق والانفجار الناجم عن قصر الدائرة الداخلية.
لمعالجة هذه المشكلة ، طور العلماء في مركز أبحاث بطاريات الجيل القادم التابع لمعهد أبحاث التكنولوجيا الكهربية الكوري (KERI) بنية كربون مسامية أحادية الأبعاد قابلة للاختراق. يتكون هيكلها من نواة مجوفة ، وأضيف عدد صغير من جسيمات الذهب النانوية مع تقارب Li إلى اللب المجوف.
من خلال التفاعل التفضيلي مع Li ، يتحكم الذهب في اتجاه نمو Li ويتسبب في تراكم Li داخل القلب. يتم أيضًا إنشاء العديد من المسام بحجم النانو في الغلاف لزيادة حركة Li-ion نحو الفضاء الأساسي.
من خلال توليد العديد من المسام بحجم النانو في الغلاف ، حقق العلماء تحسنًا ملحوظًا في كفاءة الكولوم بدون نمو التغصنات الليفية حتى في ظل ظروف اختبار عالية التيار تبلغ 5 مللي أمبير / سم 2.
تعاون العلماء مع البروفيسور Janghyuk Moon في جامعة Chung-Ang من أجل التحقق النظري من فعالية تصميم هذه المواد. أظهرت نتيجة المحاكاة أن مسام القشرة قللت من طول انتشار أيون الليثيوم وحسنت تقارب Li من خلال جسيمات الذهب النانوية التي تحافظ على ترسيب Li داخل الهيكل حتى في ظل ظروف الشحن عالية التيار.
تم العثور على مضيف Li المصمم أيضًا يتمتع بأداء دوران ممتاز لأكثر من 500 دورة تحت كثافة تيار عالية تبلغ 4 درجات مئوية.
لاحظ العلماء ، "تتوافق هذه التقنية مع التطبيق العملي لأن الفريق استخدم تقنية الغزل الكهربائي مع مزايا في الإنتاج الضخم لتخليق المواد."
الدكتور بيونغ جون كيم في مركز أبحاث الجيل القادم من البطاريات في كيري محمد, "على الرغم من ميزة السعة العالية ، فإن بطاريات Li-metal تواجه العديد من العقبات التي يجب التغلب عليها للتسويق بسبب مشكلات الاستقرار والسلامة بشكل أساسي. دراستنا لا تقدر بثمن لأننا طورنا تقنية للإنتاج الضخم لخزان Li-metal بكفاءة كولوم عالية لبطاريات Li-metal القابلة لإعادة الشحن بسرعة ".
المرجع مجلة:
- دونغ وو كانغ ، سيونغ سو بارك ، وآخرون. مضيفات Li-Confinable مسامية أحادية البعد لبطاريات Li-Metal الثابتة والمستقرة. أكس نانو 2022 ، 16 ، 8 ، 11892-11901. DOI: 10.1021 / acsnano.2c01309
