دانشمندان دانشگاه هانیانگ در سئول روش جدیدی را برای افزایش کارایی و دوام باتری های مورد استفاده در وسایل الکترونیکی و وسایل نقلیه مختلف ابداع کرده اند. تکنیک آنها شامل شستن و پوشاندن کاتدهای باتری با محلول خاصی است.
باتری‌ها برای تامین انرژی بسیاری از ابزارها و ماشین‌های مدرن، از تلفن‌های هوشمند و لپ‌تاپ گرفته تا ماشین‌های الکتریکی و روبات‌ها، ضروری هستند. با این حال، یکی از چالش‌های اصلی پیش روی توسعه‌دهندگان باتری، افزایش چگالی انرژی و دوام سلول‌های باتری، به ویژه آنهایی است که از مواد با نیکل بالا (Ni) به عنوان کاتد استفاده می‌کنند.
کاتدهای نیکل بالا دارای مزایای زیادی مانند ظرفیت بالا و هزینه کم هستند. با این حال، آنها همچنین دارای یک اشکال قابل توجه هستند - تمایل به تخریب سریع به دلیل واکنش پذیری بالای آنها در تعامل با محیط. این منجر به تشکیل ترکیبات لیتیوم ناخواسته در سطح کاتد و واکنش های جانبی مضر با الکترولیت - مایعی که بار الکتریکی را به داخل باتری منتقل می کند، می شود.
برای غلبه بر این مشکل، دانشمندان یک راه حل ساده اما موثر ایجاد کرده اند: شستن کاتدها با آبی که حاوی یون های کبالت (Co) محلول است. این فرآیند لیتیوم اضافی را از سطح کاتد حذف می کند و یک لایه نازک، یکنواخت و غنی از کبالت ایجاد می کند که به عنوان یک سپر محافظ عمل می کند. این لایه از تماس مستقیم کاتد با الکترولیت جلوگیری می کند و در نتیجه احتمال تخریب بیشتر را کاهش می دهد.
دانشمندان همچنین یک پوشش فلوراید به کاتد شسته شده اضافه کردند که باعث افزایش پایداری و ایمنی باتری شد. پوشش فلوراید از شکستن نمک های الکترولیت و تشکیل حباب های گاز که می تواند باعث متورم شدن باتری و حتی منفجر شدن آن شود، جلوگیری می کند.
محققان تکنیک شستشو و پوشش خود را بر روی چندین کاتد با نیکل بالا آزمایش کردند که به طور قابل توجهی عملکرد و طول عمر آنها را بهبود بخشید. کاتدهای تیمار شده بیش از 90 درصد ظرفیت اولیه خود را پس از 500 سیکل حفظ کردند، در مقایسه با کمتر از 80 درصد برای کاتدهای درمان نشده. آنها همچنین چگالی انرژی بالاتر و تشکیل گاز کمتری را نسبت به کاتدهای معمولی نشان دادند.
دانشمندان امیدوارند که تکنیک آنها راه را برای توسعه باتری های کارآمدتر و قابل اعتمادتر برای کاربردهای مختلف، به ویژه برای وسایل نقلیه الکتریکی و وسایل الکترونیکی بزرگ هموار کند. آنها همچنین انتظار دارند نتایج آنها الهام بخش دیگر دانشمندان باشد تا راه های جدیدی برای بهبود پایداری و دوام کاتدهای غنی شده با نیکل بیابند.
همچنین بخوانید: