افزایش عمر باتری ها با کمک چشمه فوتون پیشرفته

به گزارش کنکوری به نقل از ایسنا، اگرچه باتری های لیتیوم-یونی می توانند به نجات سیاره ما کمک کنند اما از برخی جهات شبیه به باتری های دیگر هستند. این باتری ها با گذشت زمان تخریب می شوند و کارآیی آنها کاهش پیدا می کند. بدین ترتیب، طول عمر آنها تحت تاثیر قرار می گیرد.
به نقل از وب سایت رسمی لابراتوار ملی آرگون، باتری های لیتیوم-یونی در کنار فعال کردن سبک زندگی دیجیتالی ما، انرژی بیشتر وسایل نقلیه الکتریکی را تامین می کنند. به همین دلیل، افزایش طول عمر باتری برای پذیرش گسترده خودرو های الکتریکی در مرحله گذار از خودرو های سوخت فسیلی ضرورت دارد. دانشمندان در تلاش هستند تا دلیلهای تخریب باتری را بیابند و طول عمر آنرا بالا برند.
دانشمندان «آزمایشگاه ملی آرگون»(ANL) وابسته به «وزارت انرژی آمریکا»(DOE) درحال همکاری با سایر لابراتوار ها و موسسات دانشگاهی این کشور هستند تا پدیده ای به نام «خود-تخلیه» را مطالعه کنند. این پدیده، یک مجموعه واکنش های شیمیایی در باتری است که به کاهش عملکرد آن به مرور زمان منجر می شود و طول عمر باتری را کوتاه می کند. «زونگهای چن»(Zonghai Chen) شیمیدان ارشد لابراتوار ملی آرگون اظهار داشت: با کاهش خود-تخلیه می توانیم باتری کوچک تر، سبک تر و ارزان تری طراحی کنیم؛ بدون این که کارآیی باتری را در آخر عمر آن به خطر بیندازیم.
هنگام خود-تخلیه، باتری لیتیوم-یونی شارژشده انرژی ذخیره شده خودرا حتی در صورت عدم استفاده از دست می دهد. به عنوان مثال، یک وسیله نقلیه الکتریکی که یک ماه یا بیشتر روشن نشده ممکنست به سبب کاهش ولتاژ و شارژ باتری کار نکند.
«زونگهای چن»(Zonghai Chen) شیمیدان ارشد لابراتوار ملی آرگون اظهار داشت: خود-تخلیه پدیده ای است که همه دستگاه های الکتروشیمیایی قابل شارژ آنرا تجربه می کنند. این پروسه به آرامی مواد گرانبهای باتری را مصرف می کند و رسوب محصولات جانبی نامطلوب را روی سطح اجزای باتری باقی می گذارد. این امر به کاهش مداوم عملکرد باتری منجر می شود.


دانشمندان برای یافتن علت خود-تخلیه باید مکانیسم های شیمیایی پیچیده ای را شناسایی کنند که آغازگر پروسه تخریب در باتری هستند. باتری های لیتیوم-یونی قابل شارژ هستند و از یون های لیتیوم برای ذخیره انرژی استفاده می نمایند. کاتد و الکترولیت، دو مولفه کلیدی در باتری های لیتیوم-یونی هستند. طول عمر باتری می تواند تحت تأثیر تخریب کاتدها باشد.
بااینکه دانشمندان درحال به دست آوردن پیشرفت قابل توجهی در درک باتری های لیتیوم-یونی هستند اما بحث های مداومی درباره ی علت پدیده خود-تخلیه وجود دارد.
این گروه پژوهشی یک مقاله جدید را منتشر نموده اند که به پر کردن این شکاف علمی اختصاص دارد. این مقاله، مکانیسم هیدروژناسیون کاتد را به عنوان مسیری برای خود-تخلیه عامل تخریب باتری تأیید می کند.
دانشمندان گفتند بدون دسترسی به «چشمه فوتون پیشرفته»(APS) لابراتوار ملی آرگون که یکی از بالاترین تاسیسات منبع پرتو پرانرژی ایکس مبتنی بر حلقه ذخیره سازی جهان است، نمی توانستند یافته های خودرا تأیید کنند. چشمه فوتون پیشرفته یک تسهیلات کاربری متعلق به اداره علوم وزارت انرژی آمریکاست. منابع نوری از الکترون هایی استفاده می نمایند که در یک حلقه ذخیره سازی با سرعتی نزدیک به سرعت نور می چرخند تا پرتوهای ایکس را تولید کنند. این کار به دانشمندان امکان می دهد تا عملکرد داخلی باتری را در سطح اتمی آشکار کنند.
«گانگ وان»(Gang Wan) دانشمند تحقیقات علوم فیزیکی در «دانشگاه استنفورد» و سرپرست این پژوهش اظهار داشت: ما عمیقا از امکانات پیشرفته پرتو ایکس و پشتیبانی موجود در چشمه فوتون پیشرفته سپاسگزاریم. جفت ایده آل مطالعات پرتو ایکس و الکتروشیمی، اکتشافات ما را درباره ی چگونگی انجام شدن هیدروژناسیون کاتد در باتری های لیتیوم-یون و تأثیر بر خود-تخلیه ممکن می سازد.
این پژوهش در مجله «Science» به چاپ رسید.