افزایش چند برابری ظرفیت و سرعت شارژ باتری‌ها با روشی جدید

رویداد۲۴ باتری‌های نام آشنای لیتیوم یونی امروزه انتخاب اول برای استفاده در اسمارت فون‌ها و سایر گجت‌های باتری محور به شمار می‌آیند. این باتری‌ها جدای از مزایایی که در اختیار کاربر می‌گذارند معایبی نیز دارند. برای مثال علاوه بر محدودیت در مقدار توان قابل ذخیره و عمر کوتاه، احتمال آتش گرفتن آن‌ها در صورت درست شارژ نشدن یا آسیب دیدن وجود دارد.

تیم مهندسی دانشگاه کلمبیا، با استفاده از نانو پوشش بور - نیتراید، به فناوری جدیدی برای تولید باتری دست یافتند که امکان ذخیره ۱۰ برابر شارژ بیشتر را نسبت به باتری‌های گرافیتی لیتیوم یون فراهم می‌کند. علاوه بر این الکترولیت‌های سرامیکی مورد استفاده در این باتری‌ها قابل اشتعال نبوده و امنیت بیشتری دارند.

موانع توسعه باتری‌های حالت جامد

ایده باتری‌های حالت جامد موضوع جدیدی نیست، اما مشکلاتی مانند مواد مورد نیاز برای ساخت، امنیت طراحی، هزینه ساخت و تکنیک‌های تولید موانعی بر سر راه عملی شدن این ایده بوده اند.

علاوه بر هزینه ساخت، مشکل اصلی تولید باتری‌های حالت جامد «دندریت»‌ها هستند. دندریت یک شبکه شبه کریستالی از فلز لیتیوم است که از بخش آند باتری شروع شده و می‌تواند در کل باتری رشد کند. این شبکه به خاطر جریان بالای شارژ و دشارژ در باتری رخ می‌دهد، چرا که یون‌های موجود در الکترولیت با الکترون‌ها ترکیب شده و یک لایه جامد لیتیوم تشکیل می‌دهند.

دندریت شکل گرفته، مقدار الکترولیت در دسترس درون باتری را کاهش داده و باعث کم شدن حجم ذخیره‌ای باتری می‌شود. بدتر از این، ماده مذکور می‌تواند از آند به کاتد مسیری تشکیل داده و باعث اتصال کوتاه شدن و آتش گرفتن باتری شود.

برای حل این مشکل، باتری‌های لیتیوم یون متداول از یک مایع الکترولیتی استفاده می‌کنند و با قرار گرفتن گرافیت در بخش آند نیز پایداری این باتری بیشتر می‌شود؛ بنابراین سازندگان باتری‌های لیتیوم یونی با استفاده از ترفند‌هایی در ساخت، مواد شیمیایی و مواد سازنده جریان یون‌ها را محدود کرده و از شکل گیری دندریت‌ها جلوگیری می‌کنند، اما هزینه‌ای که برای این هدف پرداخته اند، افزایش احتمال اشتعال و کاهش ظرفیت باتری است.

باتری‌های حالت جامد

راه حلی که محققان برای جلوگیری از تشکیل دندریت در باتری‌های حالت جامد پیشنهاد داده اند، استفاده از یک نانو پوشش بور - نیتراید (BN) به ضخامت ۵ تا ۱۰ نانومتر است که فلز لیتیوم را نسبت به یون‌ها ایزوله می‌کند. این عایق سازی علاوه بر ایجاد مانع در برابر تولید دندریت و اتصال کوتاه باتری، به اندازه کافی نازک طراحی شده تا ظرفیت باتری کاهش پیدا نکند.

با توجه به تکنولوژی مورد استفاده می‌توان گفت که باتری‌های حالت جامد تا ۶ برابر شارژ سریعتر، ظرفیت بیشتر ۲ تا ۱۰ برابری و عمر طولانی‌تر (تا ۱۰ سال) در اختیار کاربران گجت‌ها قرار خواهند داد. علاوه بر این مواد سازنده باتری قابل اشتعال نیستند و همین موضوع امنیت استفاده از آن‌ها را بیشتر می‌کند.