12 دسامبر 2024 -توسط موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره (KAIST)-سنتز و خصوصیات غشای محافظ C-Li@P برای فلز لی اعتبارAdvanced Materials (2024).
فلز لیتیوم، یک ماده آند نسل بعدی، برای غلبه بر محدودیتهای عملکرد باتریهای تجاری برجسته شده است. با این حال، مسائل ذاتی فلز لیتیوم باعث کاهش طول عمر باتری و افزایش خطر آتش سوزی شده است. محققان KAIST با افزایش طول عمر آندهای فلزی لیتیوم تا حدود 750 درصد تنها با استفاده از آب به پیشرفتی در سطح جهانی دست یافته اند.مطالعه آنها در مجله Advanced Materials منتشر شده است.
پروفسور Il-Doo Kim از دپارتمان علوم و مهندسی مواد KAIST، با همکاری پروفسور Jiyoung Lee از دانشگاه آجو، رشد لیتیوم را با موفقیت تثبیت کرد و طول عمر باتریهای فلزی لیتیومی نسل بعدی را با استفاده از نانوالیاف توخالی سازگار با محیط زیست به عنوان لایههای محافظ به طور قابل توجهی افزایش داد.
فنآوریهای لایه محافظ مرسوم، که شامل اعمال یک پوشش سطحی روی فلز لیتیوم به منظور ایجاد رابط مصنوعی با الکترولیت است، بر فرآیندهای سمی و مواد گرانقیمت تکیه کردهاند، با بهبودهای محدود در طول عمر آندهای فلزی لیتیوم.
برای رفع این محدودیتها، تیم پروفسور کیم یک لایه محافظ نانوالیاف توخالی را پیشنهاد کرد که قادر به کنترل رشد لیتیوم یون از طریق روشهای فیزیکی و شیمیایی است. این لایه محافظ از طریق یک فرآیند الکتروریسی سازگار با محیط زیست با استفاده از صمغ گوار استخراج شده از گیاهان به عنوان ماده اولیه و استفاده از آب به عنوان تنها حلال ساخته شده است.
لایه محافظ نانوالیاف به طور موثر واکنش های شیمیایی برگشت پذیر بین الکترولیت و یون لیتیوم را کنترل می کند. فضاهای توخالی درون الیاف، تجمع تصادفی یونهای لیتیوم روی سطح فلز را سرکوب کرده و سطح مشترک بین سطح فلز لیتیوم و الکترولیت را تثبیت میکند.
در نتیجه، آندهای فلزی لیتیوم با این لایه محافظ تقریباً ۷۵۰٪ افزایش طول عمر نسبت به آندهای فلزی لیتیوم معمولی نشان دادند. باتری ۹۳.۳ درصد از ظرفیت خود را حتی پس از ۳۰۰ چرخه شارژ-دشارژ حفظ کرد و به عملکردی در سطح جهانی دست یافت.
محققان همچنین تأیید کردند که این لایه محافظ طبیعی به طور کامل در عرض حدود یک ماه در خاک تجزیه می شود و طبیعت دوستدار محیط زیست آن را در طول فرآیند تولید و دفع ثابت می کند.
پروفسور Il-Doo Kim توضیح داد: “با استفاده از عملکردهای محافظتی فیزیکی و شیمیایی، ما توانستیم واکنش های برگشت پذیر بین فلز لیتیوم و الکترولیت را به طور موثرتری هدایت کنیم و رشد دندریت را سرکوب کنیم و در نتیجه آندهای فلزی لیتیوم با ویژگی های طول عمر بی سابقه ای ایجاد کنیم.
از آنجایی که بار زیست محیطی ناشی از تولید و دفع باتری به دلیل افزایش تقاضای باتری به یک مسئله مبرم تبدیل می شود، این روش تولید مبتنی بر آب با خواص زیست تخریب پذیر به طور قابل توجهی به تجاری سازی نسل بعدی باتری های سازگار با محیط زیست کمک می کند.