تتطلع العملية الجديدة إلى منع فقدان الطاقة الذي لا رجعة فيه في البطاريات

غالبًا عندما تقول البطارية إنها مشحونة بالكامل ، غالبًا ما تكون السعة عند 70-90 ٪ فقط من كثافة الطاقة النظرية التي يمكن تخزينها ، بسبب الفقد الدائم لأيونات الليثيوم التي يمكن أن تحدث أثناء مرحلة تكوين إنتاج البطارية.

وفي محاولة للتغلب على هذا الأمر ومنع الخسارة الأولية لأيونات الليثيوم، قام علماء من المعهد الكوري للعلوم و تكنولوجيا (KIST) طورت حلاً للمعالجة المسبقة للإلكترود قادر على تقليل فقدان أيون الليثيوم الأولي في الأنودات المركبة من أكسيد الجرافيت والسيليكون (SiOx، 0.5 ≥ x ≥ 1.5).

بعد غمسه في المحلول ، أظهر الأنود ، الذي يتكون من 50٪ SiOx ، فقدًا ضئيلًا لليثيوم ، مما مكّن الخلية الكاملة من إظهار كثافة طاقة شبه مثالية.

تستخدم معظم بطاريات Li التجارية أنود الجرافيت ، لكن SiOx حظيت باهتمام كبير نظرًا لقدرتها العالية ، والتي تزيد بمقدار 5-10 مرات عن الجرافيت. ومع ذلك ، فإن SiOx يستهلك أيضًا بشكل لا رجعة فيه ثلاثة أضعاف كمية Li النشطة مثل الجرافيت. نتيجة لذلك ، تم الترويج لقطب كهربائي مركب ، يتكون من خليط من الجرافيت و SiOx ، كبديل للأنودات العملية من الجيل التالي.

بينما كانت هناك زيادة مقابلة في قدرة الأقطاب المركبة من الجرافيت- SiOx بنسب أعلى من SiOx ، كانت هناك أيضًا زيادة في فقد Li الأولي. نتيجة لذلك ، يجب أن تكون نسبة محتوى SiOx في قطب مركب من الجرافيت- SiOx محدودة بـ 15٪ ، حيث أن زيادة النسبة إلى 50٪ سيؤدي إلى خسارة مبدئية لـ Li قدرها 40٪.

لمواجهة هذا ، طور فريق البحث في KIST عملية يتم فيها غمس القطب الكهربائي في حل فريد للتخفيف من استهلاك Li بواسطة قطب SiOx. قام الفريق بعد ذلك بتطبيق هذه العملية على مادة مركبة من الجرافيت - SiOx ذات إمكانات تجارية كبيرة.

وجد الفريق أن حلول المعالجة المسبقة التي تم تطويرها مسبقًا من شأنها أن تتسبب في الإدخال غير المقصود لجزيئات المذيبات مع أيونات Li في الجرافيت ، نظرًا لقدرة الجرافيت متعددة الاستخدامات على الإقحام. أدى هذا الإقحام لجزيئات المذيبات الكبيرة إلى انهيار هيكلي للإلكترود المركب من الجرافيت- SiOx. لمنع فشل القطب الكهربائي ، طور الباحثون حلاً بديلاً باستخدام مذيب ضعيف الذوبان لتقليل التفاعل بين المذيب وأيونات Li. مكّن هذا الحل من الإدخال الانتقائي لأيونات Li في المواد النشطة ، مما يضمن إمدادًا ثابتًا من Li إضافي إلى القطب المركب من الجرافيت-SiOx.

تم منع استهلاك Li الأولي تمامًا بعد غمر قطب الجرافيت-SiOx في المحلول الذي طوره فريق البحث لمدة دقيقة واحدة تقريبًا ، حتى بنسبة 1 ٪ SiOx. وبالتالي ، أظهر القطب كفاءة أولية عالية تقارب 50٪ ، مما يشير إلى خسارة ضئيلة في Li (100٪) في الشحنة الأولية. تمتاز الأقطاب الكهربائية التي تم تطويرها من خلال هذه العملية بسعة 1 مرة أعلى من أنودات الجرافيت التقليدية ، مع الحفاظ أيضًا على 2.6 ٪ من السعة الأولية بعد 87.3 دورة شحن / تفريغ.

وفقًا للدكتور ميناه لي من KIST ، "نتيجة لهذه الدراسة ، يجب أن نكون قادرين على زيادة محتوى SiOx في الأنودات المركبة من الجرافيت- SiOx إلى أكثر من 50٪ ، مقابل نسبة 15٪ المسموح بها بواسطة المواد التقليدية ، مما يجعل من الممكن إنتاج بطاريات ليثيوم أيون ذات سعة أكبر وتحسين المسافة المقطوعة للسيارات الكهربائية في المستقبل. "

وأضاف الدكتور جيهيون هونغ ، الباحث المشارك في KIST ، "التكنولوجيا آمنة ومناسبة للإنتاج بالجملة ، وبالتالي من المحتمل أن يتم تسويقها."