تحولی در باتری‌های آینده؛ سرعت یون لیتیوم ۳۰ درصد افزایش یافت
پژوهشگران دانشگاه فناوری مونیخ (TUM) و TUMint.Energy Research موفق به توسعه یک ماده جدید برای استفاده در باتری‌های حالت جامد شده‌اند. این نوع باتری‌ها در آینده ذخیره انرژی تحول ایجاد خواهند کرد زیرا ظرفیت ذخیره انرژی بالاتری دارند و از نظر ایمنی، پایدارترند، زیرا از مواد قابل اشتعال، مانند الکترولیت مایع در باتری‌های لیتیوم-یونی فعلی، استفاده نمی‌کنند.
به گزارش scitechdaily، این تیم تحقیقاتی ماده‌ای جدید با ترکیب لیتیوم، آنتیموان و مقدار کمی اسکاندیم ساخته است که در آن، یون‌های لیتیوم بیش از ۳۰ درصد سریع‌تر از هر ماده شناخته‌شده دیگری حرکت می‌کنند. این دستاورد رکورد جهانی جدیدی در زمینه هدایت یونی محسوب می‌شود و می‌تواند منجر به باتری‌هایی با زمان شارژ سریع‌تر و عملکرد بهتر شود.
نحوه دستیابی به رکورد
هدایت این تحقیق را پروفسور توماس اف. فَسلِر بر عهده داشته است. تیم متوجه شد که با جایگزینی بخشی از اتم‌های لیتیوم با اتم‌های اسکاندیم، ساختار بلوری ماده تغییر می‌کند. این تغییر منجر به ایجاد «فاصله‌های خالی» (واکنسی‌ها) در شبکه کریستالی ماده می‌شود که به حرکت آسان‌تر و سریع‌تر یون‌های لیتیوم کمک می‌کنند. این فرآیند باعث شده است تا هدایت یونی به سطحی برسد که تا قبل از این تحقیق، بی‌نظیر بوده است.
چالش‌های اندازه‌گیری و تأیید یافته‌ها
از آنجایی که میزان هدایت اندازه‌گیری شده این ماده بسیار بیشتر از مواد موجود بود، تیم مجبور به همکاری با گروه الکتروشیمی صنعتی دانشگاه مونیخ به رهبری پروفسور هوبرت گاستایگر شد تا نتایج را تأیید کنند. توبیاس کوتِش، همکار و نویسنده مقاله که آزمایش‌های تاییدی را انجام داده است، گفت: «به دلیل اینکه این ماده هم یون و هم الکترون را هدایت می‌کند، چالش خاصی در اندازه‌گیری ایجاد کرد و ما مجبور شدیم روش‌های اندازه‌گیری خود را بر اساس این ویژگی تنظیم کنیم.»
پروفسور فَسلِر درباره پتانسیل این ماده گفت: «نتیجه ما در حال حاضر یک دستاورد مهم در زمینه تحقیقات بنیادی است. با افزودن مقادیر کمی اسکاندیم، موفق به کشف یک اصل جدید شده‌ایم که می‌تواند الگویی برای ترکیبات دیگر باشد. البته قبل از اینکه بتوان این ماده را در سلول‌های باتری به کار برد، نیاز به آزمایش‌های بیشتری است، اما ما خوش‌بینیم. موادی که هم یون و هم الکترون را هدایت می‌کنند، به‌ویژه به عنوان افزودنی در الکترود‌ها مناسب هستند. به دلیل کاربرد‌های عملی امیدوارکننده، قبلا ثبت اختراعی برای این توسعه انجام داده‌ایم.»
علاوه بر هدایت بالاتر، این ماده پایداری حرارتی نیز دارد و تولید آن با روش‌های شیمیایی پیشرفته ولی رایج امکان‌پذیر است.
کشف یک خانواده جدید از مواد
جانگ‌ون چیانگ، نویسنده اول این مطالعه و پژوهشگر TUMint.Energy Research، اظهار کرد: «ترکیب ما از لیتیوم و آنتیموان تشکیل شده است، اما همین ایده می‌تواند به سیستم‌های لیتیوم-فسفر نیز گسترش یابد. در حالی که ماده رکورد قبلی به سیستم لیتیوم-گوگرد و وجود پنج عنصر دیگر برای بهینه‌سازی نیاز داشت، ما فقط به اسکاندیم به عنوان عنصر اضافی نیاز داریم. معتقدیم که کشف ما می‌تواند دامنه وسیعی از کاربرد‌ها در زمینه بهبود هدایت یونی در مواد مختلف دیگر داشته باشد.»
انتهای پیام/
