กระบวนการใหม่จะช่วยป้องกันการสูญเสียพลังงานที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในแบตเตอรี่

บ่อยครั้งเมื่อแบตเตอรี่บอกว่าความจุที่ชาร์จเต็มแล้วมักจะอยู่ที่ 70-90% ของความหนาแน่นของพลังงานตามทฤษฎีที่สามารถเก็บไว้ได้ อันเนื่องมาจากการสูญเสียไอออน Li อย่างถาวรที่อาจเกิดขึ้นได้ในระหว่างขั้นตอนการก่อตัวของการผลิตแบตเตอรี่

ในการเสนอราคาเพื่อเอาชนะสิ่งนี้และป้องกันการสูญเสีย Li ไอออนในช่วงแรกนี้ นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งเกาหลีและ เทคโนโลยี (KIST) ได้พัฒนาสารละลายเตรียมอิเล็กโทรดที่สามารถลดการสูญเสีย Li ไอออนเริ่มต้นในแอโนดผสมกราไฟท์-ซิลิคอนออกไซด์ (SiOx, 0.5 ≤ x ≤ 1.5) ได้

หลังจากจุ่มลงในสารละลาย แอโนดซึ่งประกอบด้วย SiOx 50% แสดงให้เห็นถึงการสูญเสีย Li เล็กน้อย ทำให้เซลล์เต็มสามารถแสดงความหนาแน่นของพลังงานที่ใกล้เคียงอุดมคติ

แบตเตอรี่ Li เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ใช้แกรไฟต์แอโนด แต่ SiOx ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากมีความจุสูง ซึ่งมากกว่าแกรไฟต์ 5-10 เท่า อย่างไรก็ตาม SiOx ยังกิน Li ที่ใช้งานอยู่อย่างถาวรถึงสามเท่าของกราไฟท์ ด้วยเหตุนี้ อิเล็กโทรดคอมโพสิตที่มีส่วนผสมของกราไฟต์และ SiOx จึงได้รับการส่งเสริมให้เป็นทางเลือกสำหรับแอโนดรุ่นต่อไปที่ใช้งานได้จริง

ในขณะที่ความจุของอิเล็กโทรดผสมกราไฟท์-SiOx เพิ่มขึ้นที่สอดคล้องกันที่อัตราส่วน SiOx ที่สูงขึ้น แต่ก็มีการสูญเสีย Li เริ่มต้นเพิ่มขึ้นเช่นกัน ด้วยเหตุนี้ อัตราส่วนของปริมาณ SiOx ในอิเล็กโทรดผสมกราไฟท์-SiOx ต้องถูกจำกัดไว้ที่ 15% เนื่องจากการเพิ่มอัตราส่วนเป็น 50% จะส่งผลให้สูญเสีย Li เริ่มต้น 40%

เพื่อตอบโต้สิ่งนี้ ทีมวิจัยของ KIST ได้พัฒนากระบวนการที่จุ่มอิเล็กโทรดลงในโซลูชันเฉพาะเพื่อลดการใช้ Li โดยอิเล็กโทรด SiOx ทีมงานจึงนำกระบวนการนี้ไปใช้กับวัสดุผสมกราไฟท์-SiOx ที่มีศักยภาพในเชิงพาณิชย์อย่างมีนัยสำคัญ

ทีมงานพบว่าสารละลายก่อนการบำบัดที่พัฒนาขึ้นก่อนหน้านี้จะทำให้เกิดการแทรกโมเลกุลตัวทำละลายที่มีไอออน Li เข้าไปในกราไฟท์โดยไม่ได้ตั้งใจ เนื่องจากความสามารถในการแทรกสอดที่หลากหลายของกราไฟท์ การแทรกสอดของโมเลกุลตัวทำละลายขนาดใหญ่นี้ส่งผลให้เกิดการสลายโครงสร้างของอิเล็กโทรดผสมกราไฟท์-SiOx เพื่อป้องกันความล้มเหลวของอิเล็กโทรด นักวิจัยได้พัฒนาโซลูชันทางเลือกโดยใช้ตัวทำละลายที่มีตัวทำละลายอ่อนๆ เพื่อลดปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวทำละลายกับไอออน Li โซลูชันนี้ช่วยให้สามารถเลือกแทรก Li ion ลงในวัสดุที่ใช้งานได้ เพื่อให้แน่ใจว่ามีการจ่าย Li เพิ่มเติมให้กับอิเล็กโทรดผสมกราไฟท์-SiOx อย่างมีเสถียรภาพ

การบริโภค Li เริ่มต้นได้รับการป้องกันอย่างสมบูรณ์หลังจากที่อิเล็กโทรดกราไฟท์-SiOx ถูกจุ่มลงในสารละลายที่พัฒนาโดยทีมวิจัยเป็นเวลาประมาณ 1 นาที แม้จะอยู่ที่อัตราส่วน SiOx 50% ด้วยเหตุนี้ อิเล็กโทรดจึงมีประสิทธิภาพเริ่มต้นสูงเกือบ 100% ซึ่งบ่งชี้ว่าสูญเสีย Li เล็กน้อย (≤ 1%) ในการชาร์จครั้งแรก อิเล็กโทรดที่พัฒนาขึ้นผ่านกระบวนการนี้มีความจุสูงกว่าแอโนดแกรไฟต์ทั่วไปถึง 2.6 เท่า ในขณะที่ยังคงความจุเริ่มต้นไว้ 87.3% หลังจากรอบการชาร์จ/การคายประจุ 250 รอบ

ตามที่ Dr. Minah Lee จาก KIST กล่าวว่า "จากผลการศึกษานี้ เราควรจะสามารถเพิ่มเนื้อหา SiOx ในแอโนดคอมโพสิตกราไฟต์-SiOx ได้มากกว่า 50% เมื่อเทียบกับอัตราส่วน 15% ที่อนุญาตโดยวัสดุทั่วไป สามารถผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีความจุมากขึ้นและปรับปรุงระยะทางของ EV ในอนาคตได้”

Dr. Jihyun Hong ผู้ร่วมวิจัยของ KIST กล่าวต่อว่า "เทคโนโลยีนี้มีความปลอดภัยและเหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะจำหน่ายในเชิงพาณิชย์"