پژوهشگران دانشگاه تهران راه‌حلی برای افزایش کارایی باتری‌های لیتیوم-یونی ارائه دادند
خلاصه مطلب
بر اساس گزارش خبرگزاری مهر و به نقل از دانشگاه تهران، تحقیقاتی به سرپرستی دکتر مجتبی حقیقی یزدی، استاد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران، با همکاری پویا گرجی، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، و دکتر مارال قهرمانی، استاد دانشگاه تربیت مدرس، انجام شده که نشان می‌دهد استفاده از موادی نظیر بایندر پلی‌یورتان و جمع‌کننده‌های جریان فیبر کربنی در الکترودهای LiFePO₄ باتری‌های لیتیوم-یونی می‌تواند به بهبود ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی، پایداری چرخه‌ای و کارایی کلی این باتری‌ها کمک کند.
دکتر حقیقی یزدی، که سرپرستی گروه تحقیقاتی را بر عهده دارد، درباره عملکرد باتری‌های لیتیوم-یونی بیان کرد: «باتری‌های لیتیوم-یونی به دلیل ویژگی‌هایی مانند چگالی انرژی بالا، طول عمر زیاد و عملکرد مناسب، نقش مهمی در تأمین انرژی دستگاه‌های الکترونیکی و خودروهای برقی دارند. با این حال، این باتری‌ها با مشکلاتی مثل کاهش ظرفیت با گذشت زمان و پایداری نامناسب در شرایط دمایی مختلف روبرو هستند. در پژوهش اخیر، تلاش شده است تا با ارائه راهکاری نوآورانه، این مشکلات تا حدی برطرف شوند.»
وی درباره روش اجرای این تحقیق اظهار داشت: «در این مطالعه، از بایندرهای PU و PVDF-HFP-g-PSSA به عنوان جایگزین بایندرهای متداول بهره گرفته شده است. بایندرها به عنوان عامل چسباننده اجزای الکترود، نقش کلیدی در استحکام مکانیکی و عملکرد الکتروشیمیایی دارند. این بایندرها با کاهش غلظت قطبیت، مسیرهایی هموار برای عبور یون‌های لیتیوم درون الکترود ایجاد می‌کنند. همچنین با داشتن انعطاف‌پذیری بالا و مقاومت‌های شیمیایی و مکانیکی قابل توجه، از تخریب ساختار کاتدها و جدا شدن مواد فعال الکترودی از سطح جمع‌کننده‌های جریان که به دلیل تغییرات حجمی الکترودها و ورود و خروج مکرر یون‌ها در طول چرخه‌های شارژ و دشارژ رخ می‌دهد، می‌توانند کارایی بهتری نسبت به بایندرهای مرسوم ارائه دهند.»
دکتر حقیقی اظهار داشت: «در این تحقیق، جمع‌کننده جریان فیبر کربنی به جای موادی مانند آلومینیوم و مس مورد استفاده قرار گرفته است. این ماده به دلیل وزن کم، مقاومت در برابر زنگ‌زدگی و رسانایی بالا، و همچنین قابلیت ذخیره‌سازی انرژی به واسطه ساختار کربنی‌اش، نقش مهمی در کاهش وزن باتری و بهبود عملکرد آن دارد. ترکیب این دو نوآوری به طور همزمان، باعث ارتقای چشمگیر عملکرد الکتروشیمیایی و مکانیکی الکترودهای LiFePO₄ شده است.»
دکتر حقیقی یزدی بیان کرد که پژوهش‌های انجام‌شده نشان داده‌اند استفاده از بایندرهای PU و PVDF-HFP-g-PSSA به همراه جمع‌کننده‌های جریان فیبر کربنی، به طور قابل توجهی ظرفیت ذخیره انرژی و تعداد چرخه‌های شارژ و دشارژ باتری را بهبود می‌بخشد. این ترکیب نوآورانه همچنین منجر به افزایش طول عمر و بهبود پایداری مکانیکی باتری در ابعاد ماکرو و میکرو می‌شود. علاوه بر این، به‌کارگیری این مواد در باتری‌های لیتیوم-یونی می‌تواند هزینه‌های تولید را کاهش دهد.
او اظهار داشت: «این کشفیات قابلیت استفاده در ساخت تجهیزات گوناگونی مانند خودروهای برقی، هواپیماها، ماهواره‌ها، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس وسیع و دستگاه‌های الکترونیکی پیشرفته را دارند. کاهش وزن باتری، بهبود کارایی و افزایش پایداری دوره‌ای از مزایای اصلی این دستاوردها به شمار می‌روند.»
نتایج این تحقیق در نشریات Journal of Energy Storage و ACS Applied Energy Materials منتشر شده و می‌توان به آن‌ها از اینجا و اینجا دسترسی داشت.