محققان ژاپنی گام بلندی در تحقق تولید باتری های حالت جامد برداشتند

محققان دانشگاه علوم توکیو کنترل بی‌سابقه‌ای سرعت پاسخ را با بیش از دو برابری بزرگی در یک باتری حالت جامد نشان دادند. این یک گام اساسی به سوی تحقق باتری های تجاری تمام حالت جامد است.

مقاومت سطح بالای باتری های حالت جامد باعث می شود که این باتری ها خروجی کم داشته باشند و کاربرد آنها را محدود کند. محققان از یک تکنیک جدید برای بررسی و تعدیل دینامیک دو لایه الکتریکی در سطح مشترک الکترولیت جامد / جامد استفاده کرده‌اند.

دستاورد مدولاسیون حامل و بهبود کنترل سرعت پاسخ سوئیچینگ در این باتری ها است، مقاله گزارش جزئیات تکنیک آنها در جلد 31 از Materials Today Physics منتشر شد.

جستجو برای انرژی پاک و بی‌طرفی کربن، باتری‌های لیتیوم یونی تمام حالت جامد (ASS-LIB) نوید قابل توجهی را ارائه می‌دهد و انتظار می رود ASS-LIB در طیف گسترده ای از کاربردها از جمله وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) استفاده شود. با این حال، کاربرد تجاری این باتری ها در حال حاضر با یک گلوگاه مواجه است - خروجی آنها به دلیل مقاومت سطحی بالای آنها کاهش می یابد.

علاوه بر این، مکانیسم دقیق این مقاومت سطحی تاکنون ناشناخته بوده است.

محققان آن را به پدیده ای به نام اثر لایه دوگانه الکتریکی (یا EDL) که در مواد کلوئیدی (که پراکندگی میکروسکوپی یک نوع ذره در ماده دیگر هستند) مشاهده می کنند، اشاره کرده اند.

اثر EDL زمانی رخ می دهد که ذرات کلوئیدی با جذب یون های دارای بار منفی محیط پراکندگی بر روی سطح خود، بار الکتریکی منفی به دست آورند.

دکتر تورو هیگوچی، دانشیار دانشگاه علوم توکیو (TUS) توضیح داد: این در رابط الکترولیت جامد / جامد رخ می دهد و در باتری های لیتیومی تمام حالت جامد مشکل ایجاد می کند.

دکتر هیگوچی، همراه با همکارانش دکتر ماکوتو تاکایاناگی از TUS، و دکتر تاکاشی تسوشیا و دکتر کازویا ترابه از موسسه ملی علوم مواد در ژاپن، تکنیک جدیدی را برای ارزیابی کمی اثر EDL در الکترولیت جامد / جامد ابداع کرده‌اند. رابط.

محققان از یک ترانزیستور EDL (EDLT) مبتنی بر الماس پایانه‌دار هیدروژنی تمام حالت جامد (EDLT) برای انجام اندازه‌گیری‌های هال و اندازه‌گیری‌های پاسخ پالس که ویژگی‌های شارژ EDL را تعیین می‌کنند، استفاده کردند.

با قرار دادن یک لایه میانی لیتیوم نیوبات یا لیتیوم فسفات به ضخامت نانومتر بین الکترولیت جامد H-الماس و لیتیوم، این تیم می‌تواند پاسخ الکتریکی اثر EDL را در سطح مشترک بین این دو لایه بررسی کند.

ترکیب الکترولیت در واقع بر اثر EDL در ناحیه کوچکی در اطراف رابط الکترود تأثیر گذاشت، اثر EDL زمانی کاهش یافت که یک الکترولیت خاص به عنوان یک لایه میانی بین رابط الکترود  /  الکترولیت جامد معرفی شد و ظرفیت EDL برای رابط لیتیوم فسفات / H - الماس در مقایسه با رابط لیتیوم نیوبات / H - الماس بسیار بالاتر بود.

مقاله این تیم همچنین توضیح می دهد که چگونه آنها زمان پاسخ سوئیچینگ را برای شارژ ASS-EDL بهبود دادند.

دکتر هیگوچی خاطرنشان کرد: نشان داده شده است که EDL بر ویژگی های سوئیچینگ تأثیر می گذارد، بنابراین ما در نظر گرفتیم که زمان پاسخ سوئیچینگ برای شارژ ASS-EDL را می توان با کنترل ظرفیت EDL تا حد زیادی بهبود بخشید.

ما از خاصیت غیر یونی الماس در لایه الکترونی ترانزیستور اثر میدان استفاده کردیم و آن را با هادی های لیتیومی مختلف ترکیب کردیم.

لایه میانی سرعت شارژ EDL را تسریع و کاهش داد.

زمان پاسخ الکتریکی EDLT بسیار متغیر بود - از حدود 60 میلی ثانیه (تغییر سرعت پایین برای رابط لیتیوم فسفات / H - الماس) تا حدود 230 میکروثانیه (سوئیچینگ با سرعت بالا برای رابط لیتیوم نیوبات / H - الماس) متغیر بود، با این حال، تیم کنترل سرعت شارژ EDL را برای بیش از دو مرتبه بزرگی نشان داد.

به طور خلاصه، محققان توانستند به مدولاسیون حامل در دستگاه های تمام حالت جامد دست یابند و ویژگی های شارژ آنها را بهبود بخشند. دکتر هیگوچی خاطرنشان کرد: این نتایج حاصل از تحقیقات ما روی لایه رسانای لیتیوم-یون برای بهبود مقاومت رابط مهم است و ممکن است منجر به تحقق تمام باتری‌های حالت جامد با ویژگی‌های شارژ-تخلیه عالی در آینده شود.

تا اینجای کار، این یک گام اساسی برای کنترل مقاومت رابط ASS-LIB است که امکان سنجی آنها را برای بسیاری از کاربردها کاتالیز می کند، همچنین به طراحی بهتر دستگاه‌های مبتنی بر الکترولیت جامد کمک می‌کند، دسته‌ای از ابزارها که شامل دستگاه‌های نورومورفیک نیز می‌شود.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.