باتري حالت جامد MIT شارژدهي موبايل‌ها را تا چند روز افزايش مي‌دهد

يكي از روش‌هايي كه معمولا دانشمندان براي بهبود باتري‌ها انجام مي‌دهند، تعويض اجزاي مايع با جامد است كه به باتري جديد توليد شده توسط اين روش، باتري حالت جامد مي‌گويند. اين تلاش‌ها مي‌توانند تا حدود زيادي عمر و شارژدهي باتري‌ها را افزايش دهند. اخيرا دانشمندان دانشگاه MIT نوع جديدي از باتري حالت جامد را توسعه داده‌اند كه بسياري از مشكلات نسل فعلي آن‌ها را برطرف مي‌كند.

باتري ليتيومي معمولي الكتروليتي مايع دارد كه به عنوان واسطه عمل مي‌كند. يون‌هاي ليتيوم از اين واسطه استفاده مي‌كنند و بين آند و كاتد جا به جا مي‌‌شوند كه به آن عمل شارژ و دشارژ مي‌گويند. يكي از مشكلاتي كه در اين نوع باتري‌ها وجود دارد، فرار بودن مايع الكتروليتي بوده كه ممكن است گاهي اوقات موجب آتش گرفتن باتري شود؛ مثل همان مشكلي كه در باتري نوت ۷ معروف وجود داشت.

تعويض الكتروليت مايع با اجزاي جامد نه تنها اين مشكل را حل كرده و باتري‌ها را امن‌تر مي‌كند، بلكه مي‌تواند باعث ايجاد تغييرات جديدي در ديگر اجزاي كليدي باتري شود. آند باتري‌هاي ليتيومي امروزي از تركيب مس و گرافيت توليد مي‌شوند، اما اگر بتوان آن را از ليتيوم خالص توليد كرد مي‌تواند گلوگاه بين شيمي انرژي و چگالي كه گريبان باتري‌هاي امروزي را گرفته است نيز از بين ببرد.

از همين رو يكي از دغدغه‌هاي اصلي محققين، توليد الكتروليت جامد است كه البته خود يكي سري سختي‌هايي دارد. مشكلي كه اين جا وجود دارد، اين است كه با شارژ شدن باتري، اتم‌ها داخل فلز ليتيوم جمع شده و آن را منبسط مي‌كنند. اين عمل، ارتباط پيوسته بين مواد داخل باتري را ناممكن كرده كه باعث ترك خوردن الكتروليت مي‌شود. محققين دانشگاه MIT نيز همين مشكل را برطرف كرده‌اند.

آن‌ها مخلوطي از مواد هادي جامد يونيك - الكترونيك (MIEC) و عايق ليتيوم يون (ELI) ساخته‌اند كه داخل يك ساختار لانه زنبوري ۳ لايه ساخته شده‌اند. اين مواد به همراه رديفي از تيوب‌هاي نانو ساخته شده از MIEC قطعات پازل را تكميل مي‌كنند. سپس تيوب‌ها به فلز ليتيوم جوش داده شدند تا بخش آند باتري تشكيل شود. از آن جايي كه داخل اين تيوب‌ها فضاي اضافي وجود دارد، فلز ليتيوم مي‌تواند بدون مشكل منبسط و منقبض شود. در اين حالت ساختار به خوبي مانند يك جامد - مايع عمل مي‌كند؛ يعني مانند يك مايع حركت كرده و ساختار جامد خود را نيز حفظ مي‌كند.

تمامي اين اتفاقات داخل ساختار لانه زنبوري آند رخ مي‌دهد؛ جايي كه پوشش ELI ديواره تيوب‌ها مانند يك جداكننده ميان الكتروليت جامد و آند عمل مي‌كند. اين بدان معناست كه با شارژٰ شدن باتري ابعاد پرنوسان فلز ليتيوم، كاملا داخل ساختار قرار خواهد گرفت و ابعاد خارجي آن تغييري نمي‌كند. مزيت اين روش در اينجاست كه آند باتري به صورت شيميايي و مكانيكي پايدار است و در چرخه‌هاي شارژ و دشارژ، ليتيوم تماس الكتريكي خود با الكتروليت جامد را از دست نمي‌دهد.

منبع:

http://digiato.com/article/2020/02/05/%D8%A8%D8%A7%D8%AA%D8%B1%DB%8C-%D8%AD%D8%A7%D9%84%D8%AA-%D8%AC%D8%A7%D9%85%D8%AF-mit-%D8%B4%D8%A7%D8%B1%DA%98%D8%AF%D9%87%DB%8C-%D9%85%D9%88%D8%A8%D8%A7%DB%8C%D9%84%e2%80%8c%D9%87%D8%A7-%D8%B1%D8%A7/