باتری های Solid State که بر باتریهای لیتیوم یونی پیشی گرفته اند یک گام دیگر به تلفن های هوشمند نزدیک می شوند!

باتری های لیتیوم یون، منبع های قابل شارژی برای گوشی های هوشمند و اکثر دستگاه های باتری خور امروز هستند. باتری های لیتیومی علیرغم فراوانی که این روزها دارند عمر کوتاه و توان ذخیره ی محدودی داشته و در صورتی که به درستی شارژ نشوند می توانند موجب آتش سوزی یا آسیب های جدی شوند. اگر گجت ها به سمت باتری های جامد بروند باتری های لیتیومی کم کم به چیزی تبدیل می شوند که به گذشته تعلق داشته است و بس!

تحقیقات جدید از تیم مهندسی دانشگاه کلمبیا، منجر به کشف یک روش برای تثبیت الکترولیت جامد در فلز لیتیوم به نام باتری جامد a.k.a شده است. استفاده از نیترید بور با پوشش نانو میتواند باتریهایی تولید کند که تا ۱۰ برابر ظرفیت شارژ باتریهای لیتیوم یون مبتنی بر گرافیت را ارائه دهند. علاوه بر این، الکترولیت های سرامیکی که اغلب در طراحی باتری های حالت جامد استفاده می شوند، غیر قابل اشتعال هستند، که باعث کاهش نگرانی های امنیتی می شود.

فناوری باتری حالت جامد یک ایده با نام تجاری جدید نیست، اما ساخت مواد، طراحی ایمنی، هزینه ها و تکنیک های تولید مانع از پذیرش آنها می شود. برای درک چرایی این ماجرا مروری داریم بر پیشینه ی باتری های قدیمی لیتیوم یون و اینکه چرا به این راحتی قابل جایگزینی هستند.

مشکل با دندریت ها

علاوه بر هزینه ها، دندریت ها بزرگترین مشکل ما با باتری های حالت جامد هستند. دندریت یک ساختار شبه کریستال ساخته شده از فلز لیتیوم است که به طور معمول در آند شروع می شود و می تواند در سراسر باتری رشد کند. این به علت شارژ با جریان بالا و تخلیه شارژ در جایی که یون ها در الکترولیت جامد با الکترون ها ترکیب می شوند تا لایه ای از فلز جامد لیتیوم را شکل دهند اتفاق می افتد.

مطالعه
تکنولوژی شناسایی NEC می تواند افراد را حتی وقتی صورتشان مشخص نیست شناسایی کند.

ساخت دندریت گنجایش موجود الکترولیت باتری را کاهش می دهد و موجب کم شدن ذخیره ی شارژ آن می شود و بدتر از این، فرآیند ساخت دندریت های بزرگ در نهایت جداکننده ی کاتد-آند باتری را سوراخ می کند و موجب ایجاد یک مدار کوتاه می شود که باتری را خراب کرده و باعث آتش سوزی می شود.

امروزه باتری های لیتیوم یون با استفاده از الکترولیت های مایع به جای فلز جامد مشکل دندریت ها را حل کرده اند. اما متاسفانه این مایع اشتعال پذیر است و می توانند با قرارگیری باتری های لیتیوم یونی تحت فشار زیاد، گرما یا جریان، باعث انفجار شود. گرافیت در این حالت در ماده ی لیتیوم آند فشرده شده به کار گرفته می شود تا ماندگاری طولانی مدت را با صرف هزینه ای برای ایجاد حداکثر شارژ فراهم کند. آلیاژهای گرافن و آلیاژهایی که بر پایه ی سیلیکون هستند هم در آزمایشات انجام شده در مسیر ارتقاء عملکرد باتری ها نقش داشته اند.

ترکیب مواد شیمیایی باتری لیتیوم یون، متریال ها و ساختار باتری، شکل گیری دندریت ها را با کاهش و کنترل جریان یون ها کم کرده است.

نقش تحقیقات جدید در حل این مشکل

تحقیقاتی که توسط تیم مهندسی دانشگاه کلمبیا صورت گرفت راهکاری برای رفع مشکل دندریت ها برای باتری های حالت جامد ارائه کرد. نانوپودر ۵ و ۱۰ نانومتری نیترید بور، فلز لیتیوم و هادی یونی را جداسازی می کند. ایزوله کردن دو لایه مانع ساختن دندریت یا اتصال کوتاه می شود، اما برای اندازه گیری تراکم انرژی باتری به اندازه کافی نازک هست. این فن آوری همچنین از مقدار کمی الکترولیت مایع استفاده می کند، اما طراحی به طور عمده از حالت سرامیکی و حالت جامد برای حداکثر ظرفیت انرژی استفاده می کند. این لایه BN با خلل ساخته شده است، تا اجازه دهد یون های لیتیوم از طریق شارژ و تخلیه باتری منتقل شوند.

مطالعه
Apple مسئول اجرایی باتری سامسونگ را برای کمک در کارهای خود، استخدام کرد!

ما یک جلیقه مقاوم در برابر فلز لیتیوم را برای الکترولیت های جامد ناپایدار ایجاد کرده ایم و با این نوآوری، باتری های لیتیوم مایع با دوام طولانی مدت را به دست آوردیم.

به طور خلاصه، این تیم یک مانع بسیار نازک ایجاد کرده که مانع از رسیدن به دندریت ها می شود. این به نوبه خود امکان استفاده از الکترولیت های سرامیکی بسیار جمع و جور را فراهم می کند که ظرفیت بالاتری نسبت به باتری های معمولی لیتیوم یون ارائه می دهد، خطر آتش سوزی را کاهش می دهد و عمر باتری را افزایش می دهد. مرحله بعدی تحقیق طیف گسترده ای از الکترولیت های جامد را بررسی و برای ساخت، بهینه سازی می کند.

فن آوری باتری مایع در مقابل حالت جامد

تیم مهندسی دانشگاه کلمبیا تنها تیم فعال در زمینه ی تکنولوژی باتری حالت جامد نیست. LiPON، LGPS، و LLZO نیز در تلاش برای جایگزینی باتری های لیتیوم یونی هستند. اکثر آنها برای اهداف مشابه، از جمله ظرفیت باتری بالاتر، عمر طولانی تر و احتمال کمتر آتش سوزی را دنبال می کنند.

مزایای اصلی فن آوری باتری حالت جامد از دیدگاه مصرف کننده: شارژ سریعتر، ۲ تا ۱۰ برابر تراکم انرژی، طول عمر تا ۱۰ سال (نسبت به دو سال)، و عدم وجود اجزای قابل اشتعال. این قطعا برای گوشی های هوشمند و دستگاه های الکترونیکی یک مزیت قابل توجه است و هرچه زودتر وارد بازار شود بهتر است!

منبع: androidauthority.com

مترجم: سیده مینا سیدصالحی

ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید