تحسين أداء بطارية الليثيوم أيون ، وعمر الخلية لتطبيقات الطاقة المتجددة

إنشاء بطاريات ليثيوم أيون ذات كثافة طاقة عالية مع كاثودات نيكل مطلية بالجرافين وكوبالت وألومنيوم وجسيمات نانوية

تتطلب بطاريات الليثيوم أيون (LIBs) التي تعمل كمصادر طاقة عالية الأداء للتطبيقات المتجددة ، مثل السيارات الكهربائية والإلكترونيات الاستهلاكية ، أقطابًا كهربائية توفر كثافة طاقة عالية دون المساس بعمر الخلية.

في Journal of Vacuum Science and Technology A ، من قبل AIP Publishing ، يبحث الباحثون في أصول التدهور في مواد كاثود LIB عالية الكثافة للطاقة ويطورون استراتيجيات للتخفيف من آليات التدهور تلك وتحسين أداء LIB.

يمكن أن تكون أبحاثهم ذات قيمة للعديد من التطبيقات الناشئة ، لا سيما السيارات الكهربائية وتخزين الطاقة على مستوى الشبكة لمصادر الطاقة المتجددة ، مثل الرياح والطاقة الشمسية.

قال المؤلف مارك هيرسام: “تحدث معظم آليات التحلل في LIBs عند أسطح القطب الكهربائي التي تكون على اتصال مع الإلكتروليت”. “سعينا إلى فهم الكيمياء على هذه الأسطح ثم تطوير استراتيجيات لتقليل التدهور إلى الحد الأدنى.

استخدم الباحثون التوصيف الكيميائي للسطح كاستراتيجية لتحديد وتقليل شوائب الهيدروكسيد والكربونات المتبقية من تخليق الجسيمات النانوية NCA (النيكل والكوبالت والألمنيوم). لقد أدركوا أن أسطح الكاثود LIB تحتاج أولاً إلى التحضير عن طريق التلدين المناسب ، وهي عملية يتم من خلالها تسخين جسيمات الكاثود النانوية لإزالة الشوائب السطحية ، ثم يتم قفلها في الهياكل المرغوبة بطبقة رقيقة من الجرافين.

أظهرت الجسيمات النانوية NCA المغلفة بالجرافين ، والتي تمت صياغتها في كاثودات LIB ، خصائص كهروكيميائية فائقة ، بما في ذلك مقاومة منخفضة ، وأداء معدل عالٍ ، وطاقة حجمية عالية وكثافة طاقة ، وعمر ركوب طويل. عمل طلاء الجرافين أيضًا كحاجز بين سطح القطب الكهربائي والإلكتروليت ، مما أدى إلى زيادة تحسين عمر الخلية.

بينما اعتقد الباحثون أن طلاء الجرافين وحده سيكون كافيًا لتحسين الأداء ، كشفت نتائجهم عن أهمية التلدين المسبق لمواد الكاثود من أجل تحسين كيمياء سطحها قبل تطبيق طلاء الجرافين.

بينما ركز هذا العمل على كاثودات LIB الغنية بالنيكل ، يمكن تعميم المنهجية على أقطاب تخزين الطاقة الأخرى ، مثل بطاريات أيون الصوديوم أو بطاريات أيون المغنيسيوم ، التي تتضمن مواد ذات بنية نانوية تمتلك مساحة سطح عالية. وبالتالي ، فإن هذا العمل يرسي مسارًا واضحًا للأمام لتحقيق أجهزة تخزين الطاقة عالية الأداء والقائمة على الجسيمات النانوية.

قال هرسام: “يمكن أيضًا تطبيق نهجنا لتحسين أداء الأنودات في LIBs وتقنيات تخزين الطاقة ذات الصلة”. “في النهاية ، أنت بحاجة إلى تحسين كلاً من الأنود والكاثود لتحقيق أفضل أداء ممكن للبطارية.