افسانه‌ افزایش چگالی انرژی زیر سؤال رفت

به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از ساینس دیلی، یک تحقیق نوین که توسط پژوهشگران مؤسسه پیشرفته تحقیقات مواد (AIMR) دانشگاه توهوکو به اجرا درآمد، به بررسی دقیق مزایا و معایب الکترولیت‌های جامد مبتنی بر ترکیبات گارنت در باتری‌های لیتیوم متال پرداخته است، بر اساس نتایج این مطالعه، استفاده از الکترولیت جامد LLZO (لیتیوم لانتانوم زیرکونیوم اکسید) تنها می‌تواند چگالی انرژی وزنی حدود ۲۷۲ Wh/kg را فراهم آورد، در حالی که باتری‌های لیتیوم یونی کنونی در محدوده ۲۵۰ تا ۲۷۰ Wh/kg عملکرد مشابهی دارند.

از جمله نکات مهم این تحقیق، هزینه‌های بالای تولید و چالش‌های فنی مرتبط با ساخت LLZO است. به گفته اریک جیانفنگ چنگ، نویسنده اصلی پژوهش، «باتری‌های لیتیوم متال جامد همیشه به عنوان آینده ذخیره‌سازی انرژی دیده می‌شدند، اما نتایج ما نشان می‌دهد که طراحی‌های مبتنی بر LLZO به اندازه انتظار، جهش محسوسی در چگالی انرژی ایجاد نمی‌کنند.»

وی افزود: حتی در شرایط ایده‌آل، افزایش حاصل از استفاده از LLZO محدود بوده و مشکلات مکانیکی و تولیدی جدی هستند.

مشکلات اصلی ناشی از استفاده از LLZO شامل وزن بالای ماده، شکنندگی و دشواری در ساخت صفحات نازک بدون نقص است، علاوه بر این مشکلاتی همچون تشکیل دندریت‌های لیتیومی و خلاءهای موجود در سطح تماس نیز پیوسته چالش برانگیز باقی مانده‌اند، این عوامل همگی موجب می‌شوند که کاربرد گسترده LLZO در باتری‌های تجاری چندان عملی نباشد.

به همین جهت، پژوهشگران به سراغ رویکردهای ترکیبی رفته‌اند، یکی از استراتژی‌های نویدبخش، استفاده از الکترولیت‌های ترکیبی LLZO-پلیمر است که علاوه بر حفظ هدایت یونی بالا، انعطاف‌پذیری و سهولت در فرایند ساخت را نیز بهبود می‌بخشد، روش دیگر استفاده از الکترولیت‌های شبه‌جامد است؛ روشی که در آن مقدار کمی از الکترولیت مایع به‌عنوان تقویت‌کننده هدایت یونی و استحکام ساختاری به LLZO افزوده می‌شود، این ترکیب‌ها منجر به افزایش پایداری طولانی‌مدت و کاهش مشکلات فنی می‌شوند.

این مطالعه که در نشریه Energy Storage Materials منتشر شده است، با همکاری پژوهشگران دانشگاه‌های توهوکو، شانگهای جیاوتونگ، MIT، UW Madison، Johns Hopkins و St Andrews به انجام رسید، یافته‌های این تحقیق نیاز به بازنگری در رویکردهای موجود نسبت به باتری‌های لیتیوم متال جامد را برجسته می‌کند و تأکید می‌کند که برای رسیدن به راهکارهای عملی و مقرون به‌صرفه، باید تعادلی بین عملکرد انرژی، سهولت تولید و هزینه‌ها برقرار شود.