دانشمندان مدت‌هاست که در تلاش برای بهبود ظرفیت و عمر باتری‌های لیتیومی هستند. حالا گروهی از پژوهشگران توانسته‌اند از طریق پوشاندن آندهای سیلیکون با ذرات فلزی لیتیوم تثبیت‌شده (SLMP) عملکرد این باتری ارتقا دهند و شارژدهی آن‌ها را تا حداکثر 44 درصد بالاتر ببرند.

محققان دانشکده مهندسی «جورج آر. براون» از دانشگاه رایس دریافته‌اند که با استفاده از یک پوشش فلزی در باتری‌های لیتیومی می‌توانند عمر آن‌ها را بین 22 تا 44 درصد افزایش دهند. علاوه‌براین، استفاده از سیلیکون به‌جای گرافیت در این باتری‌ها می‌تواند چگالی انرژی را در آن‌ها به‌طرز چشمگیری بیشتر کند.

«سیبانی لیزا بیس‌وال»، مهندس زیست‌مولکولی و شیمی‌دان دانشگاه رایس می‌گوید: «سیلیکون یکی از موادی است که واقعاً قابلیت بهبود چگالی انرژی در سمت آند باتری‌های لیتیوم-یونی را دارد. به همین خاطر تلاش‌هایی در دنیای علوم باتری‌ها درحال انجام است تا آندهای گرافیتی جای خود را به نمونه‌های سیلیکونی دهند.»

افزایش عمر باتری‌ها با استفاده از پوشش فلزی در آندهای سیلیکونی

بااین‌حال، سیلیکون هم مشکلات خاص خودش را دارد. برای مثال، این ماده می‌تواند از طریق فرایندهای خاصی موجب تخلیه لیتیوم شود و پایداری باتری‌ها را در چرخه‌های انتهایی شارژ و دشارژ پایین بیاورد. ازاین‌رو، دانشمندان به روش تازه‌ای برای لیتیوم‌دارکردن باتری‌ها دست پیدا کرده‌اند که می‌تواند پایداری آن‌ها را بهبود ببخشد.

لیتیوم‌دارکردن باتری‌ها سازوکار جدیدی نیست، اما محققان از یک ماده فعال سطحی استفاده کرده‌اند که اجازه پراکنده‌سازی یکسان ذرات روی باتری را می‌دهد. با این کار، ذرات دیگر تجمع پیدا نمی‌کنند و می‌توانند به‌صورت یکدست پخش شوند.

محققان همچنین به اهمیت کنترل ظرفیت چرخه‌های سلولی اشاره کرده‌اند. «کوان انگوین»، دیگر پژوهشگر ارشد این تحقیق می‌گوید: «اگر ظرفیت چرخه‌های سلولی را کنترل نکنید، مقدار بالاتری از ذرات مکانیزمی به‌منظور به دام‌انداختن لیتیوم را آغاز می‌کنند که ما آن را کشف و در این مقاله تشریح کرده‌ایم. اما اگر سلول‌ها را با توزیع یکسانی از یک پوشش سطحی در چرخه قرار دهید، لیتیومی به دام نمی‌افتد.»

دانشمندان باور دارند که با کشف روش‌های به‌دام‌انداختن لیتیوم، بهبود چرخه‌ها و مقدار SLMP، می‌توان ظرفیت انرژی آندهای مبتنی بر سیلیکون را افزایش داد. نتایج مطالعه حاضر در مجله ACS Applied Energy Materials منتشر شده است.

دیجیاتو