ساخت باتری پیشرفته‎ای در دانشگاه میشیگان

محققان دانشگاه میشیگان توانستند با استفاده از مواد سرامیکی و ساخت الکترولیت جامد، ظرفیت و توان باتری‎های لیتیمی را بهبود دهند.

محققان دانشگاه میشیگان نوعی باتری شارژپذیر را تعبیه کردند که می‎تواند توان خروجی را در مقایسه با اغلب باتری‎های رایج امروزی به میزان دوبرابر افزایش دهد، بدون اینکه آتش بگیرد یا به فضای بیشتری نیاز داشته باشد. این فناوری جدید می‎تواند مسافت طی شده توسط خودروهای الکتریکی را افزایش داده و زمان شارژ گوشی‎های هوشمند را هم بهبود دهد.

باتری لیتیم-یون از دهه 1990 مورد استفاده قرار گرفت و مشخص شد که نسبت به باتری‎های فلز لیتیمی که در دهه 1980 معرفی شدند، بسیار ممطمئن‎تر است. باتری‎های فلز لیتیم اولیه از الکترولیت مایع استفاده می‎کردند و انتقال یون لیتیم در محیط باتری نیز منجر به تشکیل شاخه‎های دندریتی بر سطح الکترودها خواهد شد که در نهایت باعث اتصال کوتاه و انفجار باتری می‎شود. اما اکنون محققان دانشگاه میشیگان بیان کردند که در باتری آنها از الکترولیت جامد سرامیکی استفاده شده که مشکل اتصال کوتاه و کاهش طول عمر باتری را رفع کرده است.

باتری‎های لیتیم-یونی که امرزوه بطور گسترده استفاده می‎شوند، از آند گرافیت به منظور عدم ایجاد شاخه‎های دندریتی بهره می‎برند اما میزان دانسیته انرژی و ظرفیت، بسیار کمتر از زمانی است که از فلز لیتیم استفاده شود. باتری‎های امروزی دانسیته انرژی تقریبی Wh/L 600 دارند در حالیکه باتری‎های حالت جامد می‎توانند به Wh/L 1200 برسند.

برای حل مشکل آتشگیری در فلز لیتیم، محققان یک لایه سرامیکی ساختند که سطح را پایدار کرده و مانع از تشکیل شاخه‎های دندریتی می‎شود. بنابراین می‎توان در این باتری از فلز لیتیم هم استفاده کرد. این لایه به باتری این امکان را می‎دهد تا از مزایای باتری‎های فلز لیتیم (دانسیته انرژی و هدایت بالا) نیز بهره ببرد، بدون وقوع خطراتی نظیر ایجاد اشتعال یا تخریب در طول عمر. در تست‎های صورت گرفته، الکترولیت مورد نظر هیچگونه تخریبی نشان نداد.

البته محققان مقایسه‎ای بین موادی که در این نوع باتری بکاررفته با باتری‎های فعلی لیتیم-یون انجام ندادند. پیش‎بینی می‎شوند که قیمت این نمونه، یک سوم قیمت باتری‎های امروزی است. البته قیمت‎ها در این ده سال به میزان 80 درصد کاهش یافته و روند کاهش قیمت همچنان ادامه دارد. قیمت بسته‎های باتری نیز امسال به کمتر از 200 دلار به ازای هر کیلووات ساعت رسیده و بطور سالانه 10 درصد کاهش می‎یابد.

مسئله مهم، رسیدن این عدد به 100 دلار به ازای هر کیلو وات ساعت است و تنها در این صورت می‎توان، خودروهای الکتریکی را با خودروهای بنزینی رقابت‎پذیر دانست که این موهم نیز تا سال 2027 قابل دست‎یابی است. بر طبق پیش‎بینی‎ها، در آینده، باتری‎هایی نظیر باتری‎های حالت جامد با دانسیته انرژی بیش از 300 وات ساعت بر کیلوگرم در اواخر دهه 2020 وارد بازار خواهند شد.