دستاورد پژوهشگران در مسیر ساخت باتری‌های لیتیومی پایدارتر و ایمن‌تر
پژوهشگران با انتشار دو مطالعه جدید، راهکارهایی برای دو چالش بزرگ صنعت باتری، یعنی بازیافت ایمن و مقرون‌به‌صرفه باتری‌های لیتیوم‌فلز و بهبود پایداری باتری‌های تمام جامد، ارائه کرده‌اند.
وبگاه تِک‌اِکسپلور در گزارشی آورده است:
پژوهشگران فناوری باتری در مؤسسه پلی‌تکنیک وُرْسِستِر (WPI) به تازگی مطالعاتی را منتشر کرده‌اند که به برخی از بزرگ‌ترین چالش‌های این حوزه می‌پردازد.
این پژوهش‌ها به سرپرستی پروفسور یان وانگ (Yan Wang)، استاد مهندسی مکانیک و مواد، انجام شده و بر بهبود عملکرد و پایداری باتری‌های لیتیومی تمام‌جامد و همچنین ارائه روش‌هایی برای بازیافت ایمن و کارآمد باتری‌های لیتیوم‌فلز (lithium-metal) متمرکز است.
بازیافت ایمن و گسترش‌پذیر باتری‌های لیتیوم‌فلز
پژوهشگران در مقاله‌ای که در نشریه ژول/ Joule منتشر کردند، روشی ایمن، مقیاس‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه برای بازیافت آندهای مصرف‌شده لیتیوم‌فلز ارائه کردند.
آنان با بهره‌گیری از یک واکنش خودبه‌خودی میعان آلدول در استون متداول بازار، این آندهای مصرف‌شده را به کربنات لیتیوم (Li₂CO₃) با خلوص ۹۹.۷۹ درصد تبدیل کردند که حتی از استانداردهای صنعتی برای مواد درجه باتری (موادی با خلوص و کیفیت بسیار بالا برای استفاده در باتری‌های تجاری) نیز فراتر می‌رود.
سپس از کربنات لیتیوم بازیافتی برای تولید مواد کاتد جدید استفاده شد که عملکرد الکتروشیمیایی آن با نمونه‌های تجاری مقایسه‌شدنی بود و قابلیت اجرایی این روش را در عمل اثبات کرد. این دستاورد، راهی برای کاهش وابستگی به استخراج معادن، کاهش هزینه‌ها و تسریع به‌کارگیری فناوری‌های پاک‌تر فراهم می‌کند.
پروفسور وانگ در این زمینه توضیح داد: این روش راه‌حلی مؤثر برای یکی از چالش‌برانگیزترین مسائل صنعت باتری است. ما با تبدیل یک نقطه آسیب‌پذیر ایمنی به محرکی برای بازیابی، فرآیندی ایجاد کرده‌ایم که هم برای صنعت عملی است و هم برای دستیابی به آینده‌ای با انرژی پایدار، حیاتی به‌شمار می‌رود.
پیشرفت در طراحی باتری‌های تمام‌جامد
کار دیگر این گروه پژوهشی که در نشریه متریالز تودِی/ Materials Today منتشر شده، به مانع دیگری در توسعه باتری‌های نسل بعدی می‌پردازد: ناسازگاری الکترولیت‌های جامد مبتنی‌بر هالید با آندهای لیتیوم‌فلز. در طراحی‌های متعارف، این سامانه‌ها به لایه‌های محافظ نیاز دارند که هزینه و پیچیدگی را افزایش می‌دهند.
پژوهشگران با دوپینگ (افزودن) آهن به کلرید لیتیوم‌ایندیوم، ماده‌ای ساختند که بدون نیاز به لایه محافظ، تماسی مستقیم و پایدار با آندهای لیتیوم‌ایندیوم برقرار می‌کند. این ماده ضمن حفظ رسانایی یونی بالا، عملکردی بلندمدت از خود نشان داد؛ به طوری که سلول‌های کامل بیش از ۳۰۰ چرخه را با حفظ ۸۰ درصد ظرفیت طی کردند و سلول‌های متقارن نیز بیش از ۵۰۰ ساعت کار کردند که نخستین نمونه از این دست در حوزه باتری‌های تمام‌جامد محسوب می‌شود.
وانگ تأکید کرد: این پژوهش، دوپینگ آهن را به‌عنوان راهبردی مؤثر برای ساده‌سازی طراحی باتری‌های تمام‌جامد در عین افزایش پایداری و عملکرد تثبیت می‌کند. این یافته‌ها در کنار پژوهش بازیافت، گام‌هایی مهم به سوی آینده‌ای هستند که در آن باتری‌های لیتیوم پرقدرت نه تنها عملکردی بهتر دارند، بلکه ایمن‌تر و پایدارتر نیز خواهند بود.
به این ترتیب، این پژوهشگران با پرداختن به دو سر چرخه عمر باتری، از طراحی ایمن‌تر گرفته تا بازیافت در مقیاس وسیع، فناوری‌های ضروری برای نسل بعدی خودروهای برقی، لوازم الکترونیکی قابل حمل و سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر را پیش می‌برند.
