بررسی لایه الکترولیت جامد و تأثیر آن بر عملکرد باتری‌های لیتیوم-فلزی

لایهٔ جامد الکترولیت (SEI) یک لایه غیرفعال است که بین الکترولیت و آند گرافیتی در باتری‌های لیتیومی تشکیل می‌شود. این لایه، کلید شارژ مجدد باتری‌های لیتیوم-فلزی به شمار می‌رود. محققان آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر به بررسی چگونگی نابودی این لایه و از کار افتادن شیمیایی باتری پرداخته‌اند.

عکاسی از رابطه الکترولیت جامد و اجزای باتری

مواد به کار رفته در باتری‌های سکه‌ای تخت به قدری فشرده هستند که مشاهده فرآیندهای درون آن‌ها دشوار است. دانشمندان آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر ابتدا یک باتری دکمه‌ای را باز کردند و سپس با استفاده از لیزر بسیار پرسرعت، اجزای در حال تعامل آن را عکاسی کردند.

تصاویر میکروسکوپی نشان داد که باتری‌های لیتیوم-فلزی در هنگام شارژ و دشارژ زودتر از باتری‌های لیتیوم-یونی از کار می‌افتند. این ویژگی منفی، شیمیایی که انرژی بیشتری نسبت به لیتیوم-یون ذخیره می‌کند را تحت تأثیر قرار داده است. بسیاری از دانشمندان بر این باورند که کلید این مسئله در واسط الکترولیت جامد نهفته است.

پتانسیل نهفته باتری‌های لیتیوم-فلزی

استفاده از شیمی لیتیوم فلزی می‌تواند به تولید باتری‌های سبک‌تر و کوچک‌تر منجر شود. اما پیش از آن، باید راه‌هایی برای رفع محدودیت‌های چرخه شارژ و تخلیه و همچنین مشکلات ایمنی آن‌ها پیدا کرد. یک نظریه مطرح می‌کند که لیتیوم به صورت شاخه‌های سوزنی‌شکل از جداساز خارج می‌شود و انرژی آن به گرما تبدیل می‌شود که می‌تواند آتش ایجاد کند.

با این حال، آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر هنگام انجماد و بررسی دقیق یک باتری، چیز دیگری مشاهده کرد. لیتیوم با الکترولیت مایع واکنش داده و توده‌های جامدی را تشکیل می‌دهد که این توده‌ها جداساز باتری را از درون پاره می‌کنند.

یافته‌های کلیدی

دانشمندان بر این باورند که این اطلاعات به پیشبرد تحقیقات بیشتر در زمینه باتری کمک خواهد کرد و همچنین می‌تواند به کشف رازهای بیشتری که در محیط‌های پیچیده جامد-مایع دیگر رخ می‌دهند، کمک کند.

این پژوهش برای نخستین بار به دانشمندان این امکان را داد تا اجزای باتری‌های لیتیوم-فلزی را بدون آسیب رساندن به آن‌ها مشاهده کنند. به لطف این کار، اکنون می‌دانیم که رابط الکترولیت جامد یا مانع حرکت لیتیوم می‌شود یا مسیری ایجاد می‌کند که منجر به خرابی فاجعه‌بار می‌شود.

جدول تأثیر الکترولیت جامد بر باتری‌های لیتیوم-فلزی

شرکت کنسل باتری و باتری‌های یو پی اس

شرکت کنسل باتری به تولید و عرضه باتری‌های با کیفیت بالا، از جمله باتری یو پی اس و باتری 12 ولت یو پی اس می‌پردازد. این باتری‌ها به دلیل عملکرد قابل اعتماد و طول عمر بالا، گزینه‌ای مناسب برای تأمین انرژی در شرایط مختلف هستند.