توسعه باتری توسط محققان دانشگاه هاروارد با توانایی شارژ کامل در 10 دقیقه

محققان دانشگاه معتبر هاروارد ممکن است در تحقیقات خود در مورد فناوری باتری های حالت جامد به پیشرفتی دست یافته باشند. یافته های تحقیق در آخرین نسخه Nature Materials منتشر شده و نشان می دهد که چگونه یک باتری حالت جامد را می توان برای شارژ کامل در عرض 10 دقیقه توسعه داد.

محققان باتری های فلزی لیتیوم در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان آ. پالسون هاروارد (SEAS) هستند. نویسنده اصلی مقاله منتشر شده در Nature Materials، شین لی، دانشیار علوم مواد در SEAS است. چرخه شارژ باتری جدید توسعه یافته 6000 بار بیشتر از هر سلول باتری کیسه ای دیگر است. به گفته محققان، باتری‌های آند فلزی لیتیومی بهترین انتخاب باتری‌ها هستند زیرا ده برابر ظرفیت آندهای گرافیت تجاری دارند و می‌توانند مسافت رانندگی خودروهای الکتریکی را به شدت افزایش دهند.

محققان می گویند که یافته های تحقیقاتی آنها گام مهمی به سمت باتری های حالت جامد کاربردی تر با پیامدهای بزرگ برای کاربردهای صنعتی و تجاری است. تشکیل دندریت در سطح آند یک چالش بزرگ در توسعه باتری های حالت جامد است. اینها می توانند روی سطح لیتیوم جمع شوند و مانند ریشه در الکترولیت رشد کنند. رشد آنها به آسیب رساندن به مانعی که آند و کاتد را جدا می کند، آسیب می رساند و در نتیجه باعث اتصال کوتاه یا احتمالاً آتش سوزی می شود. تیم تحقیقاتی یک باتری چند لایه طراحی کرد که مواد مختلفی را با پایداری های مختلف بین آند و کاتد جاسازی می کرد. این طرح 2021 از نفوذ دندریت های لیتیوم جلوگیری کرد، اگرچه رشد آنها را به طور کلی متوقف نکرد.

پیشرفت تیم تحقیقاتی هاروارد این است که آنها با استفاده از ذرات سیلیکون به اندازه میکرون در آند برای منقبض کردن واکنش به سطح کم عمق بدون نفوذ بیشتر، با موفقیت از تشکیل دندریت جلوگیری کردند. به گفته نویسنده اصلی لی، فلز لیتیوم در اطراف ذره سیلیکون پیچیده می شود، مانند یک پوسته شکلات سخت در اطراف هسته فندق. از آنجایی که آبکاری و جداسازی می تواند به سرعت روی یک سطح یکنواخت اتفاق بیفتد، باتری توسعه یافته می تواند در حدود 10 دقیقه به طور کامل شارژ شود.

سلول باتری توسعه یافته پس از 6000 چرخه 80 درصد ظرفیت خود را حفظ کرد که بسیار بهتر از هر باتری سلولی در بازار بود. این فناوری توسط دفتر توسعه فناوری هاروارد مجوز Adden Energy را دریافت کرده است. هنوز چالش‌هایی در تکامل باتری‌های حالت جامد نهایی قبل از تبدیل شدن به یک محصول تجاری وجود دارد. تولید انبوه چنین فناوری چالش های پویا خود را ارائه می دهد.