باتری های لیتیوم یون رکورد چگالی انرژی را شکستند

محققان موفق به ساخت باتری های لیتیومی کیسه ای قابل شارژ با چگالی انرژی بیش از 700 وات ساعت بر کیلوگرم شده اند. طراحی جدید شامل یک کاتد غنی از لیتیوم مبتنی بر منگنز با ظرفیت بالا و یک آند فلزی لیتیوم نازک با انرژی ویژه بالا است. در صورت توسعه بیشتر، این دستگاه می‌تواند در برنامه‌هایی مانند هوانوردی الکتریکی که به باتری‌های با چگالی انرژی بسیار بالاتری نسبت به باتری‌های موجود نیاز دارد، استفاده شود.

باتری های لیتیوم یون یک فناوری کلیدی برای کمک به دستیابی به اهداف بی طرفی آب و هوا هستند. آنها به طور فزاینده ای برای تامین انرژی خودروهای الکتریکی و به عنوان اجزای اصلی دستگاه های خانگی که انرژی تولید شده از منابع تجدیدپذیر را ذخیره می کنند، استفاده می شوند. این فناوری نیز بسیار پیشرفت کرده است: از زمانی که برای اولین بار توسط سونی در سال 1991 تجاری شد، چگالی انرژی باتری های لیتیوم یونی از 80 وات ساعت بر کیلوگرم به حدود 300 وات ساعت بر کیلوگرم افزایش یافته است.

با این حال، دستیابی به یک اقتصاد واقعاً بدون کربن به باتری هایی با عملکرد بهتر نسبت به فناوری لیتیوم یون فعلی نیاز دارد. به عنوان مثال، در خودروهای الکتریکی، یک نکته کلیدی این است که باتری ها تا حد امکان کوچک و سبک باشند. دستیابی به این هدف مستلزم چگالی انرژی بالاتر از 400 Wh/kg است. مشکل این است که باتری‌های لیتیوم یون امروزی عمدتاً حاوی کاتدهایی از نوع intercalation هستند (مثلاً LiFePO₄، LiCoO₂ یا LiNi_xMn_yCo_zO₂, x+y+z=1) و آندهای مبتنی بر گرافیت، و چگالی انرژی این الکترودها به حد بالایی خود نزدیک می شود.

ولتاژ شارژ - دشارژ بالا

در کار جدید، محققان به رهبری Xiqian Yu و هنگ لی مؤسسه فیزیک، آکادمی علوم چین در پکن، باتری‌های لیتیومی قابل شارژ کیسه‌ای عملی را با استفاده از ظرفیت تخلیه بالا Li بسیار ضخیم ساخته است._1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂ کاتد با ظرفیت مساحتی بیش از 10 میلی آمپر بر سانتی متر² و یک آند فلزی لیتیوم. ولتاژ شارژ-تخلیه بالای اکسیدهای مبتنی بر منگنز غنی از لیتیوم، ظرفیت ذخیره سازی لیتیوم-یون بالاتری را فراهم می کند.

کوان لی، نویسنده اول توضیح می دهد: «الکترود آند از لیتیوم فلزی فوق نازک استفاده می کند که با استفاده از تکنیک پوشش جداکننده، به مسئله آزاردهنده رسوب برگشت پذیر لیتیوم فوق نازک با ظرفیت سطحی بزرگ می پردازد.

لی می گوید که این دستگاه ها دارای چگالی انرژی گرانشی 711.3 وات ساعت بر کیلوگرم و چگالی انرژی حجمی 1653.65 وات بر لیتر هستند که هر دو بالاترین میزان در باتری های لیتیومی قابل شارژ بر اساس کاتد نوع intercalation هستند. دنیای فیزیک.

او می افزاید: «با توجه به ساخت باتری، طراحی ساختار باتری انتهایی ما (شامل استفاده از کلکتورهای جریان فوق نازک) برای به حداقل رساندن استفاده از مواد کمکی و در عین حال افزایش نسبت مواد فعال در کل باتری طراحی شده است. این رویکرد هم افزایی همان چیزی است که چگالی انرژی فوق العاده بالای باتری ها را ممکن می کند.

وسایل نقلیه الکتریکی دوربرد و هوانوردی برقی می توانند سود ببرند

دستگاه‌های جدید می‌توانند برای وسایل نقلیه الکتریکی دوربرد و هوانوردی الکتریکی مفید باشند، که هر دو تقاضای فزاینده‌ای برای چگالی انرژی باتری دارند. لی می گوید، این تحقیق همچنین می تواند به رفع برخی از مسائل ذاتی مرتبط با فناوری باتری کمک کند.

به عنوان مثال، بینشی در مورد چگونگی تعادل ایمنی و سایر عوامل مهم در باتری‌های با چگالی انرژی بالا ارائه می‌دهد که به تحقق عملی باتری‌های با چگالی پرانرژی در آینده کمک می‌کند. تحقیقات در مورد باتری‌هایی با چگالی انرژی نزدیک به محدودیت‌های نظری نیز به بهبود دانش ما در مورد یونیک‌های حالت جامد و الکتروشیمی حالت جامد کمک می‌کند و شاید نوآوری‌های تکنولوژیکی در مواد جدید و سیستم‌های باتری را ممکن کند.

باتری های لیتیوم یونی در سرما شارژ می شوند

محققانی که کار خود را در حروف فیزیک چینیتوضیح دهید که همیشه بین چگالی انرژی، عملکرد چرخه، قابلیت سرعت و ایمنی باتری‌های لیتیوم یون یک مبادله وجود دارد. ایمنی یک نیاز اولیه است، اما به گفته آنها، افزایش چگالی انرژی خطرات را در حین کار باتری افزایش می دهد. لی می‌گوید: «چگالی انرژی باید به تدریج بهبود یابد و ایمنی نیز تضمین شود. "هدف ما افزایش عملکرد ایمنی باتری از طریق فناوری باتری حالت جامد است و باتری های با چگالی انرژی بالا را کاربردی تر می کند."

او می‌افزاید که عملکرد چرخه باتری‌های با چگالی پرانرژی نیز همچنان از باتری‌های تجاری‌سازی شده فعلی عقب است. "این پارامتر باید به طور جامع در نظر گرفته شود تا نیازهای زمینه های خاص را برآورده کند. بنابراین زمان قابل توجهی برای استفاده عملی از باتری های با چگالی انرژی فوق العاده بالا نیاز دارد. پرداختن به چالش هایی که مانع استفاده عملی از آنها می شود، جهت مستمر تلاش های تحقیقاتی آینده ما خواهد بود."

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• ضرب کردن آینده با آدرین اشلی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/lithium-ion-batteries-break-energy-density-record/