راهکار تازه دانشمندان می‌تواند عمر باتری‌ها را تا ۱۹ برابر افزایش دهد_صبح سریع

محققان در پژوهشی تازه مکانیسمی را شناسایی کرده‌اند که باتری را تخریب و عمر آن را افت می‌دهد. آنها می‌گویند با اجتناب از تخلیه کامل شارژ می‌توان عمر باتری‌های لیتیوم یون با نیکل بالا را تا ۱۹ برابر افزایش داد.

بر پایه گزارش SciTechDaily، محققان دانشگاه علم و فناوری پوهانگ (POSTECH) در کره جنوبی مکانیسمی در باتری‌های لیتیوم یون کشف کرده‌اند که این باتری‌ها را تخریب می‌کند. تا بحال، افت عمر و کارکرد این باتری‌ها در وهله اول به شارژ بیش‌ازحد نسبت داده می‌شد اما محققان بر فرایند تخلیه و عدم شارژ تمرکز کرده‌اند.

راهکار تازه محققان برای افزایش عمر باتری

باتری‌های لیتیوم یون که در وسایل نقلیه الکتریکی از آنها زیاد منفعت گیری می‌شود، طبق معمولً کاتدهای سه‌تایی نیکل-منگنز-کبالت (NMC) دارند. شرکت‌های سازنده برای افت هزینه‌های تشکیل به‌سمت منفعت گیری از کاتدهایی با محتوای نیکل بالاتر و کبالت کمتر رفته‌اند اما این رویکرد زیاد تر به‌ قیمت افت طول عمر باتری همه می‌شود؛ چون سطح بالای نیکل عمر چرخه کلی باتری را کم می‌کند.

افزایش عمر باتری

محققان برای بازدید علت‌های افت عمر باتری روی مکانیسم تخلیه شارژ تمرکز کردند. آنها دریافتند هنگامی باتری مدتی طویل شارژ نشود، اتفاق‌ای به نام «عکس العمل شبه-تبدیل» (quasi-conversion reaction) در سطح کاتد رخ می‌دهد. در این عکس العمل، اکسیژن از سطح خارج و با لیتیوم ترکیب می‌شود تا میانه تخلیه، به‌اختصاصی نزدیک به ۳.۰ ولت، اکسید لیتیوم (Li₂O) راه اندازی دهد. این ترکیب با الکترولیت عکس العمل می‌دهد و گاز به وجود می‌آورد و تخریب باتری را تسریع می‌کند.

محققان می‌گویند عکس العمل شبه‌تبدیل در کاتدهای دارای نیکل بالا شدیدتر است. آنها قبول می‌کنند هنگامی از حداکثر ظرفیت باتری‌ها منفعت گیری می‌شود، ابراز اثرات فرایند تخریب، ازجمله تورم باتری، به‌صورت فزاینده‌ای افزایش می‌یابد.

محققان در پژوهش خود راه‌حلی ساده اما مؤثر نظر داده‌اند. آنها با بهینه‌سازی مصرف باتری و جلوگیری از تخلیه کامل عمر چرخه‌ها را ۱۹ برابر افزایش دادند. در آزمایش‌هایی با باتری‌های دارای نیکل بالا (حاوی بیشتر از ۹۰ درصد نیکل)، باتری‌هایی که تقریباً کامل تخلیه شده بودند و عکس العمل شبه‌تبدیل در آنها اغاز شده می بود، فقط ۳.۸ درصد از ظرفیت خود را بعد از ۲۵۰ چرخه نگه داری کردند. درحالی‌که باتری‌هایی با مصرف کنترل‌شده ۷۳.۴ درصد ظرفیت خود را حتی بعد از ۳۰۰ چرخه نگه داری کردند.

پروفسور «جیهیون هونگ» (Jihyun Hong)، سرپرست این پژوهش، می‌گوید: «تأثیر تخلیه باتری [بر عمر آن] تا بحال تا حد بسیاری نادیده گرفته شده می بود. این تحقیق مسیر مهمی را برای گسترش باتری‌هایی با دوام زیاد تر اراعه می‌دهد.»

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Advanced Energy Materials انتشار شده است.