دانشمندان آکسفورد راه افزایش سرعت شارژ باتری‌های لیتیومی را کشف کردند‌

Author

نویسنده

2026-02-21

باتری

به گزارش فانی لند به نقل از گجت نیوز

ارسال شده توسط: امیر جلالی 02 اسفند 1404 ساعت 21:41

محققان دانشگاه آکسفورد با ابداع تکنیکی نوآورانه، راهی برای مشاهده دقیق چسباننده‌های پلیمری در الکترودهای باتری‌های لیتیوم یونی یافته‌اند که می‌تواند آن‌ها را متحول کند. این کشف می‌تواند سرعت شارژ و دوام این باتری‌ها را به شکل چشمگیری افزایش دهد.

شناسایی و درک رفتار چسباننده‌های پلیمری در الکترودهای باتری‌های لیتیوم یونی همواره چالش‌برانگیز بوده است. این اجزای کوچک، اما حیاتی، نقشی اساسی در تعیین عمر باتری و کارایی آن در طول چرخه‌های متعدد شارژ و دشارژ ایفا می‌کنند و بر پارامترهای مهمی مانند شارژ سریع و پایداری ساختاری تأثیر می‌گذارند. تیم آکسفورد با این روش جدید، گامی بزرگ در جهت بهبود عملکرد باتری‌ها برداشته است.

تکنیک نوین آکسفورد: ردیابی اجزای پنهان باتری

پژوهش جدید محققان آکسفورد بر چسباننده‌های پلیمری تمرکز دارد که در الکترودهای منفی (آندها) باتری‌های لیتیوم یونی به کار می‌روند. این چسباننده‌ها، با وجود سهم کمتر از ۵ درصد از وزن کلی الکترود، تأثیر زیادی بر استحکام مکانیکی، هدایت الکتریکی و یونی، و همچنین چرخه عمر باتری دارند. به دلیل کم‌بودن مقدار و نبود نشانه بصری واضح، مکان‌یابی دقیق چسباننده‌ها در الکترودها دشوار بوده است؛ محدودیتی که تنظیم دقیق عملکرد باتری را با چالش مواجه می‌ساخت.

برای رفع این مشکل، محققان یک رویکرد رنگ‌آمیزی در دست ثبت اختراع طراحی کردند. این روش نشانگرهای نقره و برم قابل ردیابی را به چسباننده‌های رایج سلولزی و لاتکسی در آندهای گرافیت و سیلیکونی متصل می‌کند. پس از نشانه‌گذاری، چسباننده‌ها از طریق انتشار اشعه ایکس (با طیف‌سنجی پراش انرژی اشعه ایکس) یا بازتاب الکترون‌های پرانرژی (با تصویربرداری الکترون برگشتی گزینشی انرژی) قابل شناسایی هستند.

با مشاهده زیر میکروسکوپ الکترونی، این سیگنال‌ها نقشه‌های دقیقی از محل عناصر خاص و ظاهر سطح الکترود ارائه می‌دهند. این ابزار به دانشمندان امکان می‌دهد توزیع چسباننده‌ها را با دقتی بسیار بیشتر از گذشته تحلیل کنند. دکتر استانیسلاو زانکوفسکی، نویسنده اصلی از دپارتمان مواد دانشگاه آکسفورد، اظهار داشت: «این روش رنگ‌آمیزی ابزاری کاملاً جدید برای درک رفتار چسباننده‌های مدرن در طول ساخت الکترودها فراهم می‌کند. برای نخستین بار، ما می‌توانیم توزیع این چسباننده‌ها را نه تنها به صورت کلی، بلکه به صورت محلی، در قالب لایه‌ها و خوشه‌های نانومقیاس مشاهده کرده و با عملکرد آند مرتبط سازیم.» این روش با الکترودهای استاندارد گرافیت و مواد پیشرفته مانند سیلیکون یا SiOx کار می‌کند و برای باتری‌های لیتیوم یونی فعلی و طراحی‌های نسل آینده کاربرد دارد.

بیشتر بخوانید

افزایش شارژ سریع و طول عمر باتری‌ها با دید جدید

با استفاده از ابزار تصویربرداری جدید، تیم آکسفورد دریافت که حتی تغییرات جزئی در توزیع چسباننده می‌تواند کارایی شارژ و عمر باتری را به شدت تحت تأثیر قرار دهد. در آزمایش‌ها، با تنظیم مراحل اختلاط و خشک‌کردن خمیر، مقاومت یونی داخلی الکترودهای آزمایشی تا ۴۰ درصد کاهش یافت که مانعی اصلی برای شارژ سریع محسوب می‌شود.

محققان همچنین تصاویر دقیقی از لایه‌های فوق‌العاده نازک چسباننده کربوکسی‌متیل سلولز (CMC) به ضخامت ۱۰ نانومتر که ذرات گرافیت را می‌پوشانند، ثبت کردند. این تصاویر نشان داد که پوشش یکنواخت اولیه CMC می‌تواند در طول پردازش الکترود به قطعات ناهموار و تکه‌تکه تبدیل شود که ممکن است عملکرد و پایداری باتری را تضعیف کند.

پروفسور پاتریک گرانت، یکی از نویسندگان همکار از دپارتمان مواد دانشگاه آکسفورد، گفت: «این تلاش چندرشته‌ای به رویکرد تصویربرداری نوآورانه‌ای منجر شده است که به ما در درک فرآیندهای سطحی کلیدی مؤثر بر طول عمر و عملکرد باتری کمک می‌کند و پیشرفت‌ها را در طیف وسیعی از کاربردهای باتری به جلو خواهد راند.» این پژوهش که در ۱۷ فوریه در Nature Communications منتشر شد، با حمایت پروژه Nextrode از موسسه فارادی انجام شده و هم‌اکنون توجه قابل توجهی از سوی صنعت، از جمله تولیدکنندگان بزرگ باتری و خودروهای الکتریکی، جلب کرده است.

خبر قبل