توسعه مواد کاتدی انقلابی برای باتری های لیتیوم-گوگرد

پایگاه خبری فولاد ایران – باتری ‌های سولفور لیتیوم Li-S در راه نزدیک‌تر کردن باتری‌های با انرژی متراکم و کم‌هزینه به بازار هستند. مهندسان دانشگاه کالیفرنیا – سن دیگو یک ماده کاتدی پیشرفته برای باتری‌های لیتیوم-گوگرد ابداع کرده‌اند که قابلیت رسانایی بالایی دارد و بر چالش‌های دیرینه کاتدهای گوگرد سنتی غلبه می‌کند. این پیشرفت ها بر محدودیت های کاتدهای فعلی باتری های لیتیوم-گوگرد غلبه می کند.
به گزارش فولاد ایران، باتری های لیتیوم سولفور حالت جامد نوعی باتری قابل شارژ هستند که از یک الکترولیت جامد، یک آند ساخته شده از فلز لیتیوم و یک کاتد ساخته شده از گوگرد تشکیل شده است. این باتری‌ها به عنوان جایگزینی برتر برای باتری‌های لیتیوم یون فعلی هستند، زیرا چگالی انرژی بالاتر و هزینه‌های کمتری دارند. آنها پتانسیل این را دارند که تا دو برابر بیشتر از باتری های لیتیوم یونی معمولی در هر کیلوگرم انرژی ذخیره کنند. به عبارت دیگر، آنها می توانند بدون افزایش وزن بسته باتری، برد خودروهای الکتریکی را دو برابر کنند. علاوه بر این، استفاده از مواد فراوان و آسان آنها را به انتخابی مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست تبدیل می کند.
توسعه باتری های لیتیوم-گوگرد حالت جامد از لحاظ تاریخی با ویژگی های ذاتی کاتدهای گوگرد مواجه بوده است. گوگرد نه تنها رسانای الکترونی ضعیفی است، بلکه کاتدهای گوگرد نیز در طول شارژ و تخلیه، انبساط و انقباض قابل توجهی را تجربه می کنند که منجر به آسیب ساختاری و کاهش تماس با الکترولیت جامد می شود. این مسائل در مجموع توانایی کاتد برای انتقال شارژ را کاهش داده و عملکرد کلی و طول عمر باتری حالت جامد را به خطر می اندازد.
برای غلبه بر این چالش ها، تیمی به سرپرستی محققان مرکز انرژی پایدار UC San Diego ماده کاتدی جدیدی ایجاد کردند: کریستالی متشکل از گوگرد و ید. محققان با وارد کردن مولکول‌های ید در ساختار کریستالی گوگرد، رسانایی الکتریکی ماده کاتدی را به میزان 11 مرتبه افزایش دادند و رسانایی آن را 100 میلیارد برابر بیشتر از کریستال‌های ساخته شده از گوگرد کردند.
علاوه بر این، این ماده کریستالی جدید دارای نقطه ذوب پایین 65 درجه سانتیگراد (149 درجه فارنهایت) است که کمتر از دمای یک فنجان داغ قهوه است. این بدان معنی است که کاتد را می توان به راحتی پس از شارژ باتری دوباره ذوب کرد تا رابط های آسیب دیده از چرخه تعمیر شود.
برای تایید اثربخشی ماده کاتد جدید، محققان یک باتری آزمایشی ساختند و آن را در معرض چرخه های شارژ و دشارژ مکرر قرار دادند. باتری برای بیش از 400 چرخه ثابت ماند و 87 درصد از ظرفیت خود را حفظ کرد.
این تیم در حال کار برای پیشرفت بیشتر فناوری باتری لیتیوم سولفور حالت جامد با بهبود طرح‌های مهندسی سلول و افزایش مقیاس سلولی است.

منبع: Oilprice