تحولی در باتری‌های حالت‌جامد با استفاده از فناوری‌های نوین

پژوهشگران دانشگاه میزوری راهکاری جدید برای بهبود ایمنی و عملکرد باتری‌های حالت‌جامد ارائه کردند.

به گزارش سیلاد و به نقل از سای‌تک‌دیلی، باتری‌های لیتیوم-یونی امروزی، که در خودروهای الکتریکی و دستگاه‌های بی‌سیم مورد استفاده قرار می‌گیرند، به دلیل داشتن الکترولیت مایع، در صورت آسیب یا گرمای بیش از حد ممکن است دچار آتش‌سوزی شوند. محققان دانشگاه میزوری، به سرپرستی پروفسور ماتیاس یانگ، به دنبال جایگزینی این الکترولیت‌ها با نمونه‌های جامد هستند که هم ایمن‌تر و هم کارآمدترند.

چالش لایه بینابینی و راهکار نوآورانه
یکی از مشکلات اصلی این باتری‌ها، تشکیل لایه بینابینی در محل تماس الکترولیت جامد و کاتد است. این لایه که تنها 100 نانومتر ضخامت دارد، مانع از حرکت آسان یون‌های لیتیوم و الکترون‌ها شده و مقاومت داخلی باتری را افزایش می‌دهد. بیش از یک دهه است که محققان در تلاش‌اند این چالش را برطرف کنند.
 

پژوهشگران دانشگاه میزوری با استفاده از فناوری میکروسکوپ الکترونی عبوری چهار بعدی (4D STEM) توانستند ساختار اتمی باتری را بدون نیاز به تجزیه آن بررسی کنند. این روش، بینشی اساسی در مورد واکنش‌های شیمیایی داخلی باتری ارائه داده و نشان داد که لایه بینابینی عامل اصلی کاهش عملکرد باتری است.

برای حل این مشکل، آزمایشگاه یانگ از روشی به نام لایه‌نشانی مولکولی اکسیداتیو (oMLD) برای ایجاد پوشش‌های محافظ بسیار نازک استفاده می‌کند. این پوشش‌ها از واکنش بین الکترولیت جامد و کاتد جلوگیری می‌کنند، بدون اینکه مانع حرکت یون‌های لیتیوم شوند. هدف این تیم علمی، حفظ عملکرد بالای مواد الکترولیت و کاتد در کنار افزایش سازگاری آنها است.

این پژوهش گامی مهم در توسعه باتری‌های حالت‌جامد ایمن‌تر و کارآمدتر محسوب می‌شود. با به‌کارگیری این رویکرد مهندسی‌شده در مقیاس نانو، پژوهشگران امیدوارند که این فناوری را به مرحله عملیاتی نزدیک‌تر کنند.