وبلاگ

چگونه می توان برای شارژ سریع باتری ساخت؟


وسایل نقلیه الکتریکی در حال حاضر با مجموعه محدودی از باتری کار می کنند. زیرا سوخت گیری اتومبیل حتی در شرایط ایده آل به سرعت سوخت گیری نیست. تاکنون بیشتر تلاشها بر روی افزایش ظرفیت باتری بوده است. اما چگونه می توان باتری ساخت که بتواند به سرعت و به راحتی شارژ شود تا مخزن بنزین پر شود؟

ایده های زیادی برای ساخت باتری با شارژ سریع وجود دارد. اما مقاله اخیر در مجله Science یک روش عجیب ارائه داده است: استفاده از موادی به نام فسفر سیاه که صفحات اتمی ضخیمی با کانال های لیتیوم تشکیل می دهند. فسفر سیاه به تنهایی ماده خوبی برای تولید باتری نیست. اما طبق گفته گروهی از محققان آمریکایی و چینی ، این ماده می تواند بهینه شود. طبق این مطالعه ، حتی اگر فسفر سیاه نتواند به عنوان ماده ای برای تولید باتری استفاده شود ، می توان از منطق و روند تولید باتری ایده گرفت.

حال این س arال مطرح می شود: فسفر سیاه دقیقاً چیست؟ ساده ترین راه برای درک این ماده مقایسه آن با گرافیت است. ماده ای که در الکترود باتری های لیتیوم یون استفاده می شود. گرافیت نوعی کربن است که به صورت مجموعه بزرگی از صفحات گرافن روی هم قرار گرفته است. گرافن خود صفحه ای از مولکولهای بزرگ متصل به اتمهای کربن است که به صورت شش ضلعی مرتب شده اند. به طور مشابه ، فسفر سیاه ترکیبی از بسیاری از صفحات به نام فسفر است.

با این حال ، تفاوت های مهمی بین این دو وجود دارد. اول ، اتم فسفر بزرگتر از کربن است و الکترونهای بیشتری دارد. در نتیجه ، می تواند با تعداد بیشتری اتم لیتیوم واکنش نشان دهد. این واکنش پذیری یکی از مشخصه های اصلی الکترودهای باتری است. تفاوت مهم دیگر پیوند بین اتم های کربن است که باعث می شود گرافن نسبتاً مسطح و ضخیم کمتر از یک اتم کربن باشد. صفحات فسفرین معمولاً کاملاً مسطح نیستند و اتمهای مجاور با یکدیگر زاویه دارند تا کانالها و کانالهایی را روی صفحات فسفر تشکیل دهند.

این خصوصیات مورد توجه محققان قرار گرفته است. زاویه بین اتم های فسفر باعث ایجاد شاخه ای می شود که به سرعت یون های لیتیوم را به داخل و خارج از ماده هدایت می کند. از آنجا که هر اتم فسفر می تواند با چندین یون لیتیوم واکنش دهد ، ظرفیت الکترود هر دو ماده از نظر تئوری غنی است. علاوه بر این ، فسفر سیاه الکتریسیته را به خوبی هدایت می کند که این یک ویژگی مهم در الکترود باتری است.

با توجه به فواید ، چرا از فسفر سیاه استفاده نمی شود؟ زیرا در عمل م notثر نیست. فسفر سیاه مانند سایر الکترودها ، در معرض یون های لیتیوم منبسط می شود و ممکن است خطر آسیب ساختاری را در طی چرخه های شارژ و تخلیه افزایش دهد. همچنین ، پیوندهای شیمیایی در انتهای صفحات فسفر بین لایه های مختلف تشکیل می شود که منجر به عایق شدن برخی کانال ها می شود. این مشکلات باید برطرف شود تا مواد باتری به درستی کار کند.

پاسخ

محققان برای حل مشکل پیوندهای شیمیایی در انتهای صفحات فسفر ، فسفر سیاه را با گرافیت ترکیب کردند تا اتمهای انتهایی صفحه فسفر را به اتمهای کربن پیوند دهند. گرچه گرافیت به اندازه کربن ماده ذخیره خوبی نیست ، اما در باتری ها عملکرد خوبی دارد. با محدود کردن مقدار گرافیت مصرفی به 15٪ از کل مواد ، می توان اطمینان حاصل کرد که فسفر سیاه مقدار زیادی از حافظه لیتیوم را کنترل می کند.

محققان برای تبدیل فسفر سیاه به الکترولیت جامد ، آن را با لایه نازکی از ژل پلیمری پوشاندند. بنابراین ، حتی اگر الکترود به دلیل جریان گسترده یونهای لیتیوم به اطراف حرکت کند ، می تواند با الکترولیت جامد واکنش نشان دهد. با بررسی مواد پس از چرخه شارژ و دشارژ باتری ، آنها دریافتند که در این فرآیند ، مواد شیمیایی حاصل از تجزیه مواد دیگر در باتری آزاد شده و عمر باتری افزایش می یابد. سرانجام ، ظرفیت الکترود پوشش داده شده با پلیمر پس از 2000 چرخه 10 برابر بیشتر از همان ماده بدون پلیمر است.

مقالات مرتبط:

محققان همچنین یک کپی از الکترود با فسفر قرمز تهیه کردند. در این نسخه به جای صفحات ، لایه های حلقوی نامنظم تشکیل می شود که ظرفیت آنها فقط یک سوم ظرفیت نسخه فسفر سیاه است. آنها الکترودها را بررسی کردند و پیوندهای کربن فسفر پیدا کردند و نسخه ای بدون گرافیت از الکترود تولید شد. مقاومت این نسخه در برابر ورود یونهای لیتیوم افزایش می یابد. در نتیجه ، پیوندهای کربن فسفر از اتصال بین صفحات فسفرین مجاور جلوگیری می کنند.

شارژ سریع

سوال اصلی این است: آیا مواد بدست آمده امکان بارگذاری سریع را دارند؟ تراکم ذخیره در باتری های لیتیوم فعلی به 500 میلی آمپر ساعت می رسد. اما سرعت شارژ آنها کند است. برای شارژ باتری که می تواند با پر کردن مخزن گاز رقابت کند ، به ماده ای نیاز دارد که بتواند با سرعت شارژ بیش از پنج آمپر در گرم به سطح ذخیره سازی مشابه برسد.

پس از شارژ ، ماده جدید با سرعتی معادل باتری های لیتیوم یونی به سه برابر بیشتر از باتری های موجود رسید. سپس شارژ سریعتر می شود و دوباره به تراکم 800 میلی آمپر ساعت می رسد و از باتری های لیتیوم پیشی می گیرد. همچنین ، بدون کاهش قابل توجه ظرفیت ، می توان سرعت شارژ را دو برابر کرد. این اعداد پس از 2000 بار شارژ و تخلیه بدست می آیند. در نتیجه می توان گفت باتری جدید با دوام است.

با این حال ، این فقط عملکرد یک الکترود را نشان می دهد ، نه کل باتری. دلایل زیادی مانند سهولت تولید تا ادغام ضعیف با سایر اجزا را می توان ناشی از عدم وجود فناوری در بازار دانست. اما شناسایی مواد مفید گامی مفید در تولید باتری های شارژ سریع است.


منبع: digikala affiliate

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن