کشف مکانیسم تخریب باتری: جلوگیری از تخلیه کامل عمر را ۱۹ برابر میکند

کشف مکانیسم تخریب باتری جلوگیری از تخلیه کامل عمر را ۱۹ برابر میکند, محققان دانشگاه علم و فناوری پوهانگ در کره جنوبی در یک پژوهش جدید، مکانیسمی را شناسایی کردهاند که باعث تخریب و کاهش عمر باتریهای لیتیوم-یون میشود. برخلاف باور رایج که شارژ بیشازحد عامل اصلی افت کارکرد است، این تیم علمی روی فرآیند تخلیه عمیق و عدم شارژ تمرکز کرده است. چرا باتریهای با محتوای نیکل بالا سریعتر میمیرند؟

باتریهای لیتیوم-یون مورد استفاده در خودرویهای برقی معمولاً از کاتدهای سهتایی نیکل-منگنز-کبالت (NMC) بهره میبرند. تولیدکنندگان برای کاهش هزینهها، نسبت نیکل را در کاتدها افزایش دادهاند؛ با این حال، سطح بالای نیکل مستقیماً باعث کاهش عمر چرخه باتری میشود و چالش جدی برای دوام این ذخیرهانرژیها ایجاد میکند.

واکنش شبهتبدیل قاتل بیصدای باتریها تحقیقات نشان میدهد وقتی باتری برای مدت طولانی تخلیه بماند و شارژ نشود، پدیدهای به نام واکنش شبهتبدیل در سطح کاتد رخ میدهد. در این فرآیند، اکسیژن از بافت کاتد خارج شده و با لیتیوم ترکیب میشود. بهویژه در ولتاژهای نزدیک به ۳.۰ ولت، تشکیل اکسید لیتیوم (₂O) آغاز میشود که با الکترولیت واکنش داده، گاز تولید کرده و تخریب ساختاری باتری را به شدت تسریع میکند.

این واکنش در کاتدهای غنی از نیکل بسیار شدیدتر است. راهکار ساده اما شگفتانگیز مدیریت هوشمندانه شارژ علمیان راه حلی عملی و کمهزینه پیشنهاد کردهاند بهینهسازی الگوی مصرف و جلوگیری از تخلیه کامل باتری. نتایج آزمایشگاهی بر روی باتریهای با بیش از ۹۰ درصد نیکل، نتایج حیرتانگیزی را نشان داد. نمونههایی که به طور تقریبی کامل تخلیه شده بودند، پس از ۲۵۰ چرخه تنها ۳.۸ درصد ظرفیت اولیه را حفظ کرده بودند.

در مقابل، باتریهایی که با مدیریت کنترلشده شارژ و تخلیه استفاده میشدند، حتی پس از ۳۰۰ چرخه، ۷۳.۴ درصد از ظرفیت خود را نگه داشتهاند. این یعنی افزایش ۱۹ برابری در عمر مفید باتری. پروفسور جیهیون هونگ، سرپرست این پژوهش، تأکید کرد تأثیر تخلیه باتری بر عمر آن تا به امروز به حد زیادی نادیده گرفته شده بود.

این کشف مسیر جدیدی برای توسعه باتریهای بسیار دواممندتر باز میکند. نتایج کامل این مطالعه در ژورنال معتبر منتشر شده است.