قام فريق بحث في قسم الطاقة والتكنولوجيا البيئية في DGIST، بقيادة الباحث الرئيسي كيم جاي هيون، بتطوير بطارية ليثيوم معدنية باستخدام "كهارل بوليمر صلب ثلاثي الطبقات". يعمل هذا الابتكار على تحسين السلامة من الحرائق بشكل كبير مع إطالة عمر البطارية، مما يجعله حلاً واعداً في السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق.
تعمل خلية إلكتروليت البوليمر الصلبة المكونة من ثلاث طبقات من DGIST على تحسين السلامة والكفاءة والمتانة وحل مشكلات التغصنات مع الحفاظ على أداء بنسبة 87.9% بعد 1000 دورة. ومن المتوقع أن يتم استخدامه في مجموعة متنوعة من المجالات بما في ذلك السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة.
تواجه بطاريات إلكتروليت البوليمر الصلبة التقليدية تحديات بسبب القيود الهيكلية التي تمنع الاتصال الأمثل بين الأقطاب الكهربائية. هذه القيود لا تحل مشكلة "التشعبات" - تكوين الليثيوم التشعبي الذي يحدث أثناء دورات الشحن والتفريغ المتكررة. تشكل النتوءات التغصنية خطرًا كبيرًا على السلامة لأن نموها غير المنتظم يمكن أن يؤدي إلى تلف توصيلات البطارية، مما يؤدي إلى نشوب حرائق أو انفجارات.
ولذلك، قام فريق البحث بتطوير إلكتروليت ذو بنية ثلاثية الطبقات لحل هذه المشكلات. كل طبقة لها وظيفة مختلفة، مما يحسن بشكل كبير سلامة وكفاءة البطارية. يستخدم هذا الإلكتروليت "ديكابروم ثنائي فينيل إيثان (DBDPE)" لمنع الحريق، و"الزيوليت" لتعزيز قوة الإلكتروليت، وتركيز عالٍ من ملح الليثيوم "ليثيوم مكرر (ثلاثي فلورو ميثان سلفونيل) إيميد (LiTFSI)" لتعزيز الحركة السريعة لأيونات الليثيوم.
يتميز هذا المنحل بالكهرباء الصلب المكون من ثلاث طبقات بطبقة وسطى قوية تعزز القوة الميكانيكية للبطارية، بينما يضمن السطح الخارجي الناعم اتصالاً جيدًا بالقطب الكهربائي ويسهل حركة أيونات الليثيوم. يؤدي ذلك إلى تسريع حركة أيونات الليثيوم، وتحسين معدل نقل الطاقة، ويمنع بشكل فعال تكوين التشعبات.
وتظهر النتائج التجريبية أن البطارية التي طورها فريق البحث لا تزال قادرة على الحفاظ على حوالي 87.9% من أدائها بعد 1000 دورة شحن وتفريغ. بالمقارنة مع البطاريات التقليدية التي تحافظ عادةً على 70-80% فقط من أدائها، فقد تم تحسين المتانة بشكل ملحوظ. كما أنه يطفئ نفسه ذاتيًا في حالة نشوب حريق، مما يقلل بشكل كبير من خطر نشوب حريق. ومن المتوقع أن يتم استخدام البطاريات في كل شيء بدءًا من الأجهزة الصغيرة مثل الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء وحتى السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة الكبيرة.
وقال الدكتور جين: "من المتوقع أن يقدم هذا البحث مساهمة كبيرة في تسويق بطاريات معدن الليثيوم باستخدام إلكتروليتات [البوليمر الصلب]، مع تحسين استقرار وكفاءة أجهزة تخزين [الطاقة]".
دوى:10.1002/smll.202406200
تم تجميعها من / scitechdaily