محققان موسسه علم و فناوری گوانگجو در کره‌جنوبی روشی برای تقویت آند باتری‌های لیتیوم یونی ابداع کرده‌اند که آن‌ها را در برابر تغییرات حجم مقاوم‌تر می‌کند.
کره‌ای‌ها با ترفندی نانویی، عمر باتری‌ها را افزایش دادند
در مقاله‌ای که در مجله Journal of Materials Chemistry A منتشر شده است، دانشمندان توضیح می‌دهند که تغییرات در حجم آند ناشی از چرخه‌های متعدد شارژ و دشارژ است که تماس‌های الکتریکی داخل باتری را تخریب می‌کند. نتیجه نهایی چنین تغییراتی کاهش ظرفیت و عمر باتری است.
اتفاقی که می‌افتد این است که در طول شارژ، یون‌های لیتیوم از کاتد حرکت می‌کنند و با نانوذرات موجود در آند ترکیب می شوند. در حین تخلیه، یون‌های لیتیوم به کاتد برمی گردند. با گذشت زمان، نانوذرات در آند ترک خورده و در سطح مشترک الکترود-الکترولیت جمع می‌شوند. این موضوع باعث قطع جریان می‌شود و میزان باری را که آند می‌تواند ذخیره یا حمل کند کاهش می‌دهد.
روشی که محققان کره‌ای توسعه دادند این مسائل را با کپسوله کردن نانوذرات در ساختاری الاستیک حل می‌کند. این تیم برای نشان دادن رویکرد خود، از یک آند معمولی حاوی نانوذرات سیلیکونی استفاده کردند که توسط یک اتصال‌دهنده پلیمری (پلی وینیلیدین فلوراید) در کنار هم نگه داشته شدند. برای تطبیق ساختار شبکه مانند، آن‌ها با گرم کردن آند با استفاده از فرآیند بازپخت، این به هم چسبیدگی را جدا کردند.
سپس شکاف بین نانوذرات با محلول اکسید گرافن احیا شده (rGO) پر شد و شبکه‌ای تشکیل داد که نانوذرات سیلیکون را در کنار هم نگه می‌داشت و از ترک خوردن آن‌ها جلوگیری می‌کرد. علاوه بر این، این شبکه یک مسیر رسانا برای الکترون‌ها فراهم می‌کند که به نانوذرات اجازه می‌دهد به لیتیوم متصل شوند.
محققان از روشی به نام “پوشش چرخشی” برای پوشش دادن سطح آند با rGO استفاده کردند. پوشش اکسید گرافن احیا شده به عنوان یک لایه بذر برای رسوب یک لایه محافظ متشکل از اکسید روی با اکسیدهای فلزی منیزیم و گالیم اضافه شده به آن (MGZO) عمل می‌کند. این لایه MGZO پایداری ساختاری را برای آند فراهم می‌کند.
پس از آزمایش روی این فناوری، آند اصلاح شده قادر بود بار خود را حتی پس از چندین چرخه شارژ/دشارژ حفظ کند. این ساختار پس از ۵۰۰ چرخه، ظرفیت ذخیره‌سازی بالای ۱۵۶۶ میلی‌آمپر در ساعت در گرم را حفظ کرد و ۹۱ درصد راندمان کولمبی را نشان داد که به معنای افزایش عمر باتری است.
هیونگ جین کیم، یکی از نویسندگان این مقاله گفت: «این نتایج می‌تواند راه را برای وسایل نقلیه الکتریکی که ما را قادر می‌سازند مسافت‌های طولانی را با یک بار شارژ طی کنیم، هموار کند.»
به گفته کیم، اگرچه او و همکارانش از آند سیلیکونی استفاده کردند، روش توسعه‌یافته آن‌ها برای سایر مواد آندها مانند Sn، Sb، Al و Mg قابل استفاده است. علاوه بر این، آندها را می توان بدون در نظر گرفتن نحوه تولید آن‌ها تغییر داد و آن را به یک روش کاربردی جهانی برای بهبود عمر باتری تبدیل کرد.
