مهندسان کُرنل یک باتری لیتیومی جدید ساخته اند که می تواند در کمتر از پنج دقیقه شارژ شود
موضوعات: #فناوری #باتری #دانشگاه_کورنل
به گزارش آرا نیرو مهندسان دانشگاه کرنل یک باتری لیتیومی جدید ابداع کرده‌اند که می‌تواند در کمتر از پنج دقیقه – سریع‌تر از هر باتری موجود در بازار – شارژ شود و در عین حال عملکرد پایدار را در چرخه‌های طولانی شارژ و دشارژ حفظ کند.
این پیشرفت می تواند “اضطراب مسافت” را در میان رانندگانی که نگران هستند وسایل نقلیه الکتریکی نتوانند مسافت های طولانی را بدون شارژ مجدد وقت‌گیر طی کنند، کاهش دهد.
لیندن آرچر، استاد مهندسی و رئیس دانشکده، گفت: «اضطراب محدوده نسبت به سایر موانع، مانند هزینه و قابلیت باتری‌ها، مانع بزرگ‌تری برای برق‌رسانی در حمل‌ونقل است، و ما مسیری را برای حذف آن با استفاده از طراحی‌های منطقی الکترود شناسایی کرده‌ایم.» کالج مهندسی کورنل بر این پروژه نظارت داشت. اگر بتوانید باتری برقی را در پنج دقیقه شارژ کنید، نیازی به داشتن باتری زیاد برای برد 300 مایلی ندارید. شما می توانید با تعداد کمتر باتری، قیمت کمتری از ماشین برقی انتظار داشته باشید که می‌تواند هزینه خودروهای الکتریکی را کاهش دهد و امکان پذیرش گسترده تر را فراهم کند.
یافته های تحقیق و انتشار
مقاله این تیم اخیراً در مجله Joule منتشر شده است. نویسنده اصلی شوو جین، دانشجوی دکترای مهندسی شیمی و بیومولکولی است.
به گزارش آرا نیرو باتری‌های لیتیوم یونی یکی از محبوب‌ترین ابزارهای تامین انرژی خودروهای الکتریکی و گوشی‌های هوشمند هستند. باتری ها سبک وزن، قابل اعتماد و نسبتاً کم مصرف هستند. با این حال، آنها ساعت ها طول می کشد تا شارژ شوند، و فاقد ظرفیت برای رسیدگی به نوسانات شدید جریان هستند.
محققان، ایندیم را به عنوان ماده ای استثنایی برای شارژ سریع باتری ها معرفی کردند. ایندیوم یک فلز نرم است که بیشتر برای ساخت پوشش‌های اکسید قلع ایندیوم برای نمایشگرهای لمسی و پنل‌های خورشیدی استفاده می‌شود.
مطالعه جدید نشان می‌دهد که ایندیم دو ویژگی حیاتی به عنوان آند باتری دارد: یک سد انرژی مهاجرت بسیار کم، که سرعت انتشار یون‌ها را در حالت جامد تعیین می‌کند و چگالی جریان مبادله ای متوسط که به سرعت کاهش یون ها در آند مربوط می شود. ترکیبی از این ویژگی ها – انتشار سریع و سینتیک واکنش سطح آهسته – برای شارژ سریع و ذخیره سازی طولانی مدت ضروری است.
نوآوری در طراحی باتری
آرچر گفت: «نوآوری کلیدی این است که ما یک اصل طراحی را کشف کردیم که به یون‌های فلزی در آند باتری اجازه می‌دهد آزادانه حرکت کنند، پیکربندی مناسب را پیدا کنند و تنها پس از آن در واکنش ذخیره‌سازی شارژ شرکت کنند. نتیجه نهایی این است که در هر چرخه شارژ، الکترود در یک حالت مورفولوژیکی پایدار است. این دقیقاً همان چیزی است که به باتری‌های شارژ سریع جدید ما توانایی شارژ و تخلیه مکرر در هزاران چرخه را می‌دهد.»
این فناوری، همراه با شارژ القایی بی‌سیم در جاده‌ها، اندازه و هزینه باتری‌ها را کاهش می‌دهد و حمل و نقل الکتریکی را به گزینه‌ای مناسب‌تر برای رانندگان تبدیل می‌کند.
با این حال، این بدان معنا نیست که آندهای ایندیوم کامل و یا حتی کاربردی هستند.
آرچر گفت: “در حالی که این نتیجه هیجان انگیز است، زیرا به ما می آموزد چگونه به باتری های شارژ سریع برسیم، اما ایندیوم سنگین است.” در اینجا فرصتی برای مدل‌سازی شیمی محاسباتی وجود دارد، تا با استفاده از ابزارهای هوش مصنوعی مولد، یاد بگیریم چه مواد سبک وزن دیگری ممکن است به همان اعداد ذاتا پایین دامکوهلر (Damköhler) دست یابند. به عنوان مثال، آیا آلیاژهای فلزی وجود دارد که ما هرگز آنها را مطالعه نکرده‌ایم که ویژگی‌های مورد نظر را داشته باشند؟ این همان جایی است که رضایت من ناشی می‌شود، اینکه یک اصل کلی در کار است که به هر کسی اجازه می‌دهد آند باتری بهتری طراحی کند که نرخ شارژ سریع‌تری نسبت به فناوری پیشرفته داشته باشد.»
این تحقیق توسط برنامه علوم پایه انرژی وزارت انرژی ایالات متحده از طریق مرکز خواص حمل و نقل Mesoscale، یک مرکز تحقیقات مرزهای انرژی، پشتیبانی شد. محققان از مرکز تحقیقات مواد کرنل استفاده کردند که توسط برنامه مرکز علوم و مهندسی تحقیقات مواد بنیاد ملی علوم پشتیبانی می‌شود.
منبع: «شارژ سریع، ذخیره‌سازی طولانی مدت در باتری‌های لیتیومی» توسط Shuo Jin، Xiaosi Gao، Shifeng Hong، Yue Deng، Pengyu Chen، Rong Yang، Yong Lak Joo و Lynden A. Archer، 16 ژانویه 2024، Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2023.12.022