English
محققان آزمایشگاه ملی اوک ریج شارژ سریع وسایل نقلیه الکتریکی یا خودروهای برقی را تا حد زیادی پیش می برند.
تیمی از دانشمندان باتری به تازگی یک ماده باتری لیتیوم یونی ساخته اند که نه تنها ۸۰ درصد ظرفیت خود را در ۱۰ دقیقه شارژ می کند، بلکه این توانایی را برای ۱۵۰۰ چرخه شارژ حفظ می کند.
هنگامی که باتری کار می کند یا شارژ می شود، یون ها بین الکترودها از طریق محیطی به نام الکترولیت حرکت می کنند. Zhijia Du از ORNL تیمی را رهبری کرد که فرمول‌های جدیدی از نمک‌های لیتیوم با حلال‌های کربنات ایجاد کردند تا الکترولیتی را تشکیل دهند که جریان یونی بهتری را در طول زمان حفظ می‌کند و زمانی که جریان بالا باتری را در طول شارژ سریع شدید گرم می‌کند، عملکرد خوبی دارد. شرکای پروژه سلول های باتری ساخته شده در کارخانه تولید باتری ORNL را آزمایش کردند تا ویژگی های ایمنی و چرخه باتری را ثابت کنند.
دو گفت: “ما دریافتیم که این فرمول الکترولیت جدید اساساً هدف وزارت انرژی برای طول عمر یک باتری بسیار سریع شارژ را سه برابر می کند.”
کارآمد و ملایم: بازیافت باتری های لیتیوم یون استفاده شده
باتری‌های لیتیوم یونی (LIBs) دستگاه‌های قابل حمل ما مانند تبلت‌ها و موبایل‌ها – و به طور فزاینده‌ای همچنین وسایل نقلیه – را با انرژی تامین می‌کنند. با افزایش سهم انرژی های تجدیدپذیر فرار که نیاز به ذخیره سازی برق دارند، LIB های بیشتری مورد نیاز است، قیمت لیتیوم افزایش می یابد، منابع کاهش می یابد و مقدار باتری های تخلیه شده حاوی مواد سمی افزایش می یابد. در مجله Angewandte Chemie، محققان یک رویکرد جدید برای بازیابی لیتیوم از LIB های استفاده شده معرفی می کنند.
بازیافت LIB ها کاری دشوار است. بازیابی لیتیوم با کیفیت کافی برای استفاده مجدد پیچیده و پرهزینه است. بیشتر فرآیندهای بازیافت با هدف استخراج لیتیوم از کاتدها (جایی که بیشتر لیتیوم در باتری های تخلیه شده قرار دارد) انجام می شود. با این حال، سپس همراه با سایر فلزات موجود در کاتد رسوب می‌کند و باید با زحمت جدا شود. استخراج از آندها، که عمدتاً از گرافیت تشکیل شده‌اند، بسیار کارآمدتر است و می‌توان بدون تخلیه باتری از قبل انجام داد. با این حال، به دلیل واکنش پذیری بالا، خطر آتش سوزی و انفجار در صورتی که آندها طبق معمول با محلول های آبی شسته شوند، زیاد است. این واکنش ها مقادیر زیادی انرژی آزاد می کنند و ممکن است هیدروژن تولید کنند.
تیمی به رهبری یو-گو گوو و چینگهای منگ در مؤسسه شیمی آکادمی علوم چین (ICCAS) و دانشگاه آکادمی علوم چین (UCAS) اکنون یک روش جایگزین ایجاد کرده اند که از این مشکلات جلوگیری می کند. به جای آب، از محلول های آلی آپروتیک برای بازیابی لیتیوم از آندها استفاده می کنند. مواد آپروتیک نمی توانند هیچ یون هیدروژن آزاد کنند، بنابراین هیچ گاز هیدروژنی نمی تواند تشکیل شود.
محلول ها از یک هیدروکربن آروماتیک چند حلقه ای (PAH) و یک اتر به عنوان حلال تشکیل شده اند. برخی از PAH ها می توانند یک یون لیتیوم با بار مثبت را از آند گرافیت همراه با یک الکترون بگیرند. در شرایط ملایم، این واکنش ردوکس کنترل شده و بسیار کارآمد است. با PAH پیرن در تترااتیلن گلیکول دی متیل اتر، حل کردن لیتیوم فعال از آندها تقریباً به طور کامل امکان پذیر بود.
یک مزیت دیگر این است که محلول های لیتیوم-PAH به دست آمده را می توان مستقیماً به عنوان معرف استفاده کرد، به عنوان مثال، در افزودن لیتیوم به آندهای جدید در پیش پردازش یا در بازسازی کاتدهای مصرف شده. سیستم PAH/حلال را می توان برای بهینه سازی آن برای مواد تحت بازیافت تغییر داد.
این فرآیند بازیابی کارآمد و ارزان است، خطرات ایمنی را کاهش می‌دهد، از ضایعات جلوگیری می‌کند و چشم‌انداز جدیدی را برای بازیافت پایدار باتری‌های لیتیوم یون باز می‌کند.
مطالعه جدید راه هایی برای ممانعت از آبکاری لیتیوم در باتری های خودرو برای شارژ سریع تر خودروهای الکتریکی پیدا می کند.
یک مطالعه جدید به رهبری دکتر Xuekun Lu از دانشگاه کوئین مری لندن با همکاری یک تیم بین المللی از محققان از بریتانیا و ایالات متحده، راهی برای جلوگیری از آبکاری لیتیوم در باتری های خودروهای الکتریکی پیدا کرده است که می تواند منجر به زمان شارژ سریع تر شود. این مقاله در مجله Nature Communications منتشر شده است.
آبکاری لیتیوم پدیده ای است که می تواند در باتری های لیتیوم یون در هنگام شارژ سریع رخ دهد. زمانی اتفاق می‌افتد که یون‌های لیتیوم به جای اینکه در الکترود منفی باتری قرار بگیرند، روی سطح الکترود منفی باتری جمع می‌شوند و لایه‌ای از لیتیوم فلزی را تشکیل می‌دهند که به رشد خود ادامه می‌دهد. این می تواند به باتری آسیب برساند، طول عمر آن را کاهش دهد و باعث اتصال کوتاه شود که می تواند منجر به آتش سوزی و انفجار شود.
دکتر Xuekun Lu توضیح می دهد که آبکاری لیتیوم را می توان به طور قابل توجهی با بهینه سازی ریزساختار الکترود منفی گرافیت کاهش داد. الکترود منفی گرافیت از ذرات ریز توزیع شده تصادفی تشکیل شده است، و تنظیم دقیق مورفولوژی ذرات و الکترود برای فعالیت واکنشی همگن و کاهش اشباع لیتیوم موضعی کلیدی برای سرکوب آبکاری لیتیوم و بهبود عملکرد باتری است.
دکتر لو گفت: “تحقیق ما نشان داده است که مکانیسم های لیتیاسیون ذرات گرافیت در شرایط مشخص بسته به مورفولوژی سطح، اندازه، شکل و جهت آنها متفاوت است. این تا حد زیادی بر توزیع لیتیوم و تمایل آبکاری لیتیوم تاثیر می گذارد.” “با کمک یک مدل باتری سه بعدی پیشگام، ما می توانیم زمان و مکان شروع آبکاری لیتیوم و سرعت رشد آن را ثبت کنیم. این یک پیشرفت مهم است که می تواند تاثیر زیادی بر آینده خودروهای الکتریکی داشته باشد.”
این مطالعه با بهبود درک فرآیندهای فیزیکی توزیع مجدد لیتیوم در ذرات گرافیت در طول شارژ سریع، بینش جدیدی در توسعه پروتکل های شارژ سریع پیشرفته ارائه می دهد. این دانش می تواند منجر به فرآیند شارژ کارآمد شود و در عین حال خطر آبکاری لیتیوم را به حداقل برساند.
علاوه بر زمان شارژ سریع‌تر، این مطالعه همچنین نشان داد که پالایش ریزساختار الکترود گرافیتی می‌تواند چگالی انرژی باتری را بهبود بخشد. این بدان معناست که خودروهای الکتریکی می توانند با یک بار شارژ بیشتر حرکت کنند.
این یافته ها یک پیشرفت بزرگ در توسعه باتری خودروهای الکتریکی است. آنها می توانند به خودروهای الکتریکی با شارژ سریع تر، ماندگارتر و ایمن تر منجر شوند که آنها را به گزینه ای جذاب برای مصرف کنندگان تبدیل می کند.
