باتریهای لیتیوم-یون به خودروهای الکتریکی و بیشتر تجهیزات الکترونیکی از لپتاپ گرفته تا تلفنهای هوشمند، تبلتها، لوازم خانگی هوشمند و دستگاههای پوشیدنی نیرو میدهند. این باتریها با به حرکت درآوردن یونهای لیتیوم بین دو الکترود که به عنوان آند و کاتد شناخته میشوند، شارژ و دشارژ میشوند.
به گزارش ایسنا به نقل از تکاکسپلور، یونهای لیتیوم در طول فرآیند تخلیه، از آند به کاتد حرکت میکنند و در طول شارژ، در جهت مخالف به حرکت درمیآیند. هر دو الکترود براساس مواد فعالی ساخته شدهاند که به طور مداوم با ورود و خروج یونهای لیتیوم به تغییرات شیمیایی و ساختاری دچار میشوند.
از آنجا که بسیاری از مواد کاتد شکننده هستند، تنش مکانیکی که به مرور زمان روی آنها انباشته میشود، میتواند به ترک خوردن آنها منجر شود. این فرآیند، عملکرد باتریهای لیتیوم-یون را کاهش میدهد و به از دست رفتن تدریجی ظرفیت انرژی آنها منجر میشود.
پژوهشگران «دانشگاه پلیتکنیک هنگ کنگ»(PolyU) و «دانشگاه علوم و فناوری هنگ کنگ»(HKUST) یک نانوپوشش محافظ طراحی کردهاند که میتواند تنش را به طور یکنواختتری در کاتدها توزیع کند و تشکیل ترکهای ریز که عملکرد باتری را کاهش میدهند، به تأخیر بیندازد یا از آن جلوگیری کند. این پوشش جدید در اصل یک لایه پلیمری بسیار نازک و انعطافپذیر است که تحت فشار مکانیکی تغییر شکل میدهد و سپس به سرعت شکل اولیه خود را بازیابی میکند.
«کیانگ لیو»(Qiang Liu) از پژوهشگران این پروژه گفت: دلیل اصلی انجام دادن این پژوهش، یک مشکل مداوم در مواد باتری پیشرفته بود که افت عملکرد اکسیدهای لایهای غنی از نیکل است. این مواد، چگالی انرژی بالایی را برای باتریهای لیتیوم-یون و نسل بعدی باتریهای حالت جامد نوید میدهند، اما به دلیل ریزترکها، به مرور زمان تخریب میشوند و عمر باتری را کاهش میدهند.
ما در سال ۲۰۱۹ مقالهای را در مجله «Nature Energy» منتشر کردیم که گزارش میداد یک پوشش پلیمری اعمالشده از طریق یک فرآیند لایهنشانی بخار شیمیایی میتواند ترکخوردگی را سرکوب کند، اما مکانیسم اساسی آن هنوز حل نشده است.
پس از این که لیو و همکارانش مقاله پیشین خود را منتشر کردند، برخی از پژوهشگران به بررسی این موضوع پرداختند که پوشش چگونه در مواد الکترود، فراتر از محافظت …
