عملکرد فوق العاده باتری لیتیومی چینی‌ها در دمای منفی ۸۰ درجه

در یک پیشرفت قابل توجه در فناوری باتری‌ها، گروهی از پژوهشگران چینی الکترولیت جدیدی را توسعه داده‌اند که باتری‌های لیتیوم یونی را قادر می‌سازد تا در دماهای بسیار پایین به طور موثر عمل کنند.

یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران به رهبری فن شیولین(Fan Xiulin) استاد دانشگاه ژیجیانگ(Zhejiang) در چین ابتکاری به خرج داده است که به باتری‌ها اجازه می‌دهد در دمای منفی ۸۰ درجه سانتیگراد(منفی ۱۱۲ درجه فارنهایت) به شکل موثر کار کنند.

پژوهشگران همچنین مکانیسم انتقال یونی را که قبلاً کشف نشده بود در باتری‌ها کشف کرده‌اند که این پتانسیل را دارد که پایه‌ای برای توسعه باتری‌های پرانرژی با قابلیت عملکرد در شرایط دوشار ایجاد کند.

شیولین تاکید می‌کند که این باتری‌ها می‌توانند در زمینه‌های مختلفی مانند مخابرات، قطار، اکتشاف قطب شمال، هوانوردی و وسایل نقلیه الکتریکی کاربرد داشته باشند.

باتری‌های لیتیوم یونی پیشرفته

ایجاد باتری‌های لیتیوم یونی مناسب برای محیط‌های با دمای پایین به دلیل دشواری در دستیابی به تعادل بین چگالی انرژی بالا، محدوده دمای عملیاتی گسترده و قابلیت‌های شارژ سریع همگی در یک باتری، چالش برانگیز بوده است.

یکی از دلایل این است که همه این ویژگی‌ها به یک الکترولیت بستگی دارد که یک جزء از باتری است که یون‌ها را بین الکترودها حرکت می‌دهد و دارای کیفیت‌هایی است که با یکدیگر مخالف هستند.

به گفته پژوهشگران، آنها برای حل این چالش، یک الکترولیت متشکل از مولکول‌های حلال کوچک ایجاد کردند که به باتری اجازه می‌دهد ویژگی‌هایی داشته باشد که برای باتری‌ها و الکترولیت‌های فعلی دست نیافتنی است.

طبق تحقیقات آنها، این الکترولیت شارژ فوق سریع را در محیط‌های سرد تسهیل می‌کند و این امکان را به باتری‌های لیتیوم یونی می‌دهد که با ظرفیت و پایداری زیاد در دمای منفی ۱۱۲ درجه فارنهایت(منفی ۸۰ درجه سانتیگراد) کار کنند و باتری می‌تواند ۸۰ درصد از ظرفیت خود را ظرف تنها ۱۰ دقیقه در دمای بسیار پایین شارژ کند.

الکترولیت نوآورانه و بهبود عملکرد باتری

نمک‌های لیتیوم مخلوط شده در یک حلال آلی، ترکیبات معمول الکترولیت‌های باتری لیتیوم یونی هستند. الکترولیت‌ها هدایت یونی یا حرکت یونی را در باتری مدیریت می‌کنند.

با این حال، پس از چهار سال تحقیق که شامل آزمایش بسیاری از حلال‌ها در محدوده دمایی وسیع بود، این گروه از پژوهشگران از حلالی به نام فلوراستونیتریل برای ایجاد یک الکترولیت استفاده کردند.

این پژوهشگران کشف کردند که این الکترولیت با آزمایش‌هایی که با استفاده از باتری‌های لیتیوم یونی بسته نرم انجام می‌شود که به سلول‌های باتری کیسه‌ای تخت نیز معروف هستند، یک حالت ناشناخته حرکت ساختاری درون باتری‌ها را تسهیل می‌کند.

پژوهشگران این فرآیند را «انتقال کانال لیگاند» می‌نامند که در آن مولکول‌های حلال کوچک در الکترولیت، دو لایه غلاف در اطراف یون‌های لیتیوم تشکیل می‌دهند و کانال‌هایی را برای عبور یون‌ها ایجاد می‌کنند.

مکانیسم هدایت تسهیل شده توسط کانال لیگاند، باتری‌های پرانرژی را که در محیط‌های خشن کار می‌کنند، در دسترس قرار می‌دهد.

به گفته پژوهشگران، این روش، الکترولیت آنها را قادر می‌سازد تا ۱۰ هزار برابر هدایت یونی بهتری در دمای ۹۴ درجه فارنهایت(۷۰ درجه سانتیگراد) نسبت به الکترولیت‌های استاندارد داشته باشد.

این گروه کشف کرد که مفهوم طراحی الکترولیت آنها برای باتری‌های لیتیوم یونی، سدیم یونی و پتاسیم یونی فوق‌العاده خوب عمل می‌کند.

به گفته این تیم، این تحقیق هنوز محدودیت‌هایی دارد، زیرا ممکن است برای تضمین اینکه این الکترولیت می‌تواند به درستی در طراحی باتری سنتی عمل کند، تحقیقات بیشتری لازم باشد.

جزئیات تحقیقات این گروه در مجله Science منتشر شده است.