Οι επιστήμονες έχουν βρει έναν τρόπο να τριπλασιάσουν τη διάρκεια ζωής των μεταλλικών μπαταριών λιθίου

Οι μεταλλικές μπαταρίες λιθίου είναι ένας από τους πιο υποσχόμενους νέους τύπους μπαταριών. Σε τελική ανάλυση, η πιθανή χωρητικότητά τους είναι 10 φορές μεγαλύτερη από ό, τι παρόμοιες μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Όμως, η αυξημένη τάση σχηματισμού δενδριτών και η διαβρωτική καταστροφή του μεταλλικού λιθίου δεν επέτρεψαν στις νέες μπαταρίες να κατακτήσουν πλήρως την αγορά.

Αλλά μια ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο Rice φαίνεται να βρήκε μια λύση σε αυτό το πρόβλημα.

Η επιστημονική ομάδα πρότεινε μια μάλλον κομψή λύση: χρησιμοποιώντας την πιο κοινή κολλητική ταινία και τις σύγχρονες τεχνολογίες λέιζερ, κατάφεραν να αναπτύξουν ένα εντελώς νέο υλικό για το ηλεκτρόδιο.

Μεταλλική μπαταρία λιθίου και τα κύρια μειονεκτήματά της

Στο σχεδιασμό μιας μπαταρίας λιθίου-μετάλλου, η άνοδος (η οποία σε άλλες μπαταρίες είναι κατασκευασμένη από γραφίτη) είναι κατασκευασμένη από λίθιο καθαρού μετάλλου.

Και δεδομένου ότι αυτό το υλικό έχει αυξημένη ειδική ενέργεια, το μεταλλικό λίθιο μπορεί να αυξήσει τη χωρητικότητα της μπαταρίας κατά 10 φορές, καθώς και να επιταχύνει τη διαδικασία φόρτισης πολλές φορές.

Εδώ είναι μερικά μόνο σημαντικά μειονεκτήματα και το κύριο είναι η αυξημένη τάση να σχηματίζονται οι λεγόμενοι δενδρίτες.

Μεταλλική συσσώρευση, η οποία θα μειώσει σημαντικά την πραγματική χωρητικότητα της μπαταρίας και μπορεί ακόμη και να προκαλέσει πυρκαγιά στη μπαταρία λόγω εσωτερικού βραχυκυκλώματος.

Τι πρότειναν οι επιστήμονες

Προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο ο ρυθμός σχηματισμού δενδρίτη, προτάθηκε η ακόλουθη λύση:

Πάρτε την πιο συνηθισμένη ταινία, προσθέστε λίγο γραφένιο σε αυτήν, τυλίξτε την γύρω από έναν χαλκό συλλέκτη ρεύματος (που είναι μέρος της ανόδου λιθίου) και επεξεργαστείτε την με ειδικά συντονισμένα λέιζερ.

Ταυτόχρονα, το κομμάτι εργασίας θερμάνθηκε σε ακραία θερμοκρασία 2026 βαθμούς Κελσίου, η οποία άλλαξε τις αρχικές ιδιότητες του τεμαχίου.

Αυτή η επεξεργασία μετέτρεψε την ταινία χαλκού σε πορώδη δομή, η οποία άρχισε να αποτελείται κυρίως από πυρίτιο και οξυγόνο με μικρές ακαθαρσίες γραφενίου.

Τα πειράματα με το υλικό που αποκτήθηκε με αυτόν τον τρόπο έχουν δείξει ότι μπορεί να λειτουργήσει ως προστατευτικό κέλυφος για τρέχων συλλέκτης, ενώ απορροφά ενεργά και εκπέμπει μεταλλικό λίθιο και ταυτόχρονα δεν προκαλεί το σχηματισμό ανεπιθύμητοι δενδρίτες.

Επιπλέον, η ισχυρή οξείδωση του μετάλλου λιθίου ήταν ένα άλλο σοβαρό πρόβλημα. Αυτό μείωσε σημαντικά την απόδοση και τη διάρκεια ζωής των μεταλλικών μπαταριών λιθίου. Και για να μειωθεί αυτό το αποτέλεσμα, η άνοδος έπρεπε να αυξηθεί.

Η επικάλυψη που αποκτήθηκε κατά τη διάρκεια του πειράματος έλυσε και αυτό το πρόβλημα. Σε τελική ανάλυση, οι δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν έδειξαν ότι η διάρκεια ζωής των δοκιμασμένων πρωτοτύπων αυξήθηκε τουλάχιστον τρεις φορές, σε σύγκριση με παρόμοιες μπαταρίες χωρίς ειδική επίστρωση.

Ταυτόχρονα, οι νέες μπαταρίες διατηρούν τουλάχιστον το 70% της αρχικής τους χωρητικότητας μετά από 60 κύκλους φόρτισης, το οποίο θεωρείται επίσης εξαιρετικό αποτέλεσμα.

Οι επιστήμονες έχουν μεγάλες ελπίδες για μελλοντική ανάπτυξη και συνεχίζουν να εργάζονται για τη βελτίωση της απόδοσης των μεταλλικών μπαταριών λιθίου.

Αν σας άρεσε το υλικό, τοποθετήστε τους αντίχειρές σας και φροντίστε να εγγραφείτε! Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας!