حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده خبر

افزایش 70% ظرفیت باتری لیتیم-یون با آند سیلیکونی

تاریخ خبر : ۱۳۹۷/۱۱/۲۲ تعداد بازدید : ۵۰
تعداد رای : ۰
آندهای سیلیکونی به دلیل مشکل افزایش حجم در طی شارژ-دشارژ باتری، با مشکل مواجه می‎شوند، ولی اکنون شرکت BMW با همکاری یک استارتاپ ادعا کرده که با رفع این مشکل، می‎خواهد از این باتری‎ها در خودروهای الکتریکی خود استفاده کند.

امروزه راهکارهای مختلفی برای بهبود باتری‎های لیتیم-یون وجود دارند که می‎توانند منجر به افزایش کاربرد باتری‎ها در موبایل‎ها، لپتاپ‎ها و خودروهای الکتریکی شوند. در حالیکه باتری‎های لیتیم-یون در سالیان گذشته رونق چشمگیری داشتند ولی به نظر می‎رسد که در سال 2019 رشد فوق‎العاده‎ای را به سبب گسترش استفاده از سیلیکون تجربه کنند.

دلیل این امر به برخی عوامل الکتروشیمیایی مربوط می‎شود. باتری‎های لیتیم-یون از طریق تحرک یون‎های لیتیم بین دو الکترود کار می‎کنند که در اثر شارژ یون‎های لیتیم را در آند ذخیره می‎کند و اگر بتوان لیتیم بیشتری ذخیره کرد، انرژی بیشتری هم حاصل می‎شود. در باتری‎های امروزی از آند گرافیتی استفاده می‎شود که لیتیم به فرم LiC6 در الکترود ذخیره شده و هر اتم لیتیم با 6 اتم کربن احاطه می‎شود.

محققان باتری چند سالی است که در صدد استفاده از سیلیکون به جای کربن در آند باتری هستند؛ زیرا ترکیب یون‎های لیتیم با سیلیکون، ترکیب Li15Si4 را حاصل می‎کند. این نسبت 15 به 4 به این معناست که مقدار کمتری ماده آندی برای ذخیره لیتیم نیاز است. فلذا آندهای سیلیکونی ظرفیت بیشتری را تأمین خواهند کرد.

منتها مشکل این است که ذرات سیلیکون با افزایش حجم 300 درصدی در واکنش با لیتیم همراه هستند. لذا تکرار روند شارژ-دشارژ باتری منجر به تخریب ساختار آند خواهد شد. از طرفی، سطح واکنش‎پذیری هم بر روی آند ایجاد می‎شود که می‎تواند با الکترولیت واکنش داده و باعث تخریب باتری گردد. لذا باعث کاهش عمر باتری‎های لیتیم-یون خواهد شد.

خوشبختانه این مشکلی نیست که نتوان حل کرد. حتی امروزه برخی باتری‎های لیتیم-یون از ذرات سیلیکون در ترکیب آند استفاده می‎کنند که با کربن پوشیده شده است. ایلان ماسک در سال 2016 نشان داد که باتری‎های لیتیوم-یون تسلا با این روش ساخته شده‎اند. البته  مقدار سیلیکون در آندهای امروزی بسیار کم است.

با وجود این انتظارات، شرکت نانوفناوری Sila برنامه دارد تا نوعی آند غنی از سیلیکون را تجاری‎سازی کند که در سال 2019 به تولید انبوه خواهد رسید.

با توجه به نوع کاربرد، استفاده از این ماده آندی ظرفیت باتری را در ابتدا تا 20 درصد افزایش خواهد داد و در نهایت هم به میزان 40 درصد یا بیشتر بهبود انجام می‎شود. همچنین با این روش، ضخامت آند نیز به میزان 67 درصد کاهش یافته و در نهایت امکان شارژ باتری را تا 9 برابر سریع‎تر فراهم می‎کند. همین امر موجب افزایش ایمنی باتری خواهد شد زیرا از تشکیل دندریت‎های فلزی جلوگیری می‎کند. موادی که در این آند استفاده می‎شوند متشکل از ذرات هم اندازه با گرافیت هستند. اما این مواد حاوی ذرات سیلیکون در یک شبکه متخلخل هستند که فضای کافی را برای تغییر حجم سیلیکون فراهم کرده و برهمکنشی هم با الکترولیت ایجاد نمی‎کنند. بنابراین باتری که با این آندهای غنی از سیلیکون تهیه می‎شوند 400 تا 1000 چرخه شارژ-دشارژ را بطور کامل می‎توانند طی کنند که پاسخگوی بسیاری از کاربردهاست. حتی خودروهای الکتریکی بیش از 1000 چرخه را طی نمی‎کنند.

همین موضوع علاقه شرکت BMW را برانگیخت که با همکاری با شرکت Sila بتواند از این باتری‎های لیتیومی استفاده کند. در غیر اینصورت، محصولات اولیه این باتری‎ها در اقلام پوششی استفاده خواهند شد، زیرا قیمت باتری خیلی نمی‎تواند تعیین‎کننده باشد و به مقدار ماده آندی کمتری هم نیاز است؛ فلذا این شرکت بهتر می‎تواند به نیاز مشتریان پاسخ دهد. انتظار می‎رود که باتری‎های لیتیم-یون حاوی این آندهای سیلیکونی در میلیون‎ها وسیله در سال 2019 استفاده شوند.

احتمالاً شرکت Sila تنها شرکتی نخواهد بود که از فناوری آند سیلیکونی در باتری لیتیم-یون استفاده کند. مثلاً شرکت دیگری با نام Enovix هم انتظار دارد که آندی را معرفی کند که تماماً از سیلیکون و سیلیکون دی‎اکسید ساخته شده است. در فناوری بکار رفته در محصولات این شرکت از  ورقه فلزی به جای ویفر سیلیکون برای باتری استفاده می‎شود. در واقع با استفاده از انباشته کردن آند و اعمال فشار بالا از تغییر حجم در اثر شارژ-دشارژ جلوگیری شده و امکان تهیه آند تمام سیلیکونی را فراهم می‎کند. انتظار می‎رود که در این صورت بازده باتری 30 تا 70 درصد افزایش یابد.

اگر موفقیت محصولات شرکت Enovix یا Sila با آند سیلیکونی به اثبات برسد، رونق چشمگیری در صنعت باتری به وقوع می‎پیوندد.

 

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نـــام
ایمیل
نظر شما
کارکترهایی که در تصویر می بینید را وارد نمایید. (حساس به حروف کوچک و بزرگ)