סוללות ליתיום-יון נטענות ממלאות תפקיד מכריע במעבר האנרגיה, אך אלקטרודות התחמוצת השכבות שלהן הופכות לא יציבות במהלך הטעינה, מה שמפחית את חיי המחזור שלהן. על ידי הכנסת הפרעה כימית לטווח קצר לחומר האלקטרודה, החוקרים שיפרו את היציבות המבנית, מה שהוביל לחיי מחזור ארוכים יותר ולזמני טעינה קצרים יותר.
מה קובע את חיי המחזור של הסוללות? ויותר חשוב, איך נוכל להאריך את זה? צוות מחקר בינלאומי בראשות TU Delft גילה כי אי סדר מקומי בחומר הקתודה התחמוצתי מגדיל את מספר הפעמים שניתן לטעון ולפרוק סוללות Li-ion. התוצאות שלהם פורסמו ב טֶבַע.
אלקטרודה לא יציבה
סוללות נטענות הן מרכיב מרכזי במעבר האנרגיה, במיוחד כעת, כאשר יותר ויותר אנרגיה מתחדשת הופכת זמינה. בין שלל סוגי הסוללות הנטענות, סוללות ה-Li-ion הן מהחזקות והנפוצות ביותר. כדי לחבר אותם חשמלית, תחמוצות שכבות משמשות לעתים קרובות כאלקטרודות. עם זאת, המבנה האטומי שלהם הופך ללא יציב כאשר הסוללה נטענת. זה משפיע בסופו של דבר על חיי מחזור הסוללה.
הפרעה מקומית
כדי לפתור בעיה זו, קבוצת 'אחסון של אנרגיה אלקטרוכימית' ב-TU Delft התחברה לחוקרים בינלאומיים. המחבר הראשי של המאמר, Qidi Wang: "תחמוצת השכבות המשמשת כחומר קתודה לסוללות Li-ion מסודרת בצורה מסודרת. ערכנו מחקר עיצוב מבנה כדי להכניס הפרעה כימית לטווח קצר לחומר זה באמצעות שיטת סינתזה משופרת. כתוצאה מכך, הוא הפך ליציב יותר במהלך השימוש בסוללה".
היציבות המבנית המשופרת כמעט הכפילה את שימור הקיבולת של הסוללה לאחר 200 מחזורי טעינה/פריקה. קרדיט: Roy Borghouts Fotografie
חיי מחזור ארוכים יותר, זמן טעינה קצר יותר
היציבות המבנית המשופרת כמעט הכפילה את שימור הקיבולת של הסוללה לאחר 200 מחזורי טעינה/פריקה. בנוסף, הפרעה כימית לטווח קצר מגבירה את העברת המטען באלקטרודה, וכתוצאה מכך זמני טעינה קצרים יותר. הצוות הדגים את היתרונות הללו עבור קתודות מסחריות מבוססות כמו תחמוצת ליתיום קובלט (LiCoO2) וליתיום ניקל מנגן תחמוצת קובלט (NMC811).
חומרים קריטיים
התוצאות עשויות להוביל לדור חדש של סוללות Li-ion, עם עלות ייצור נמוכה יותר ו-CO קטן יותר2 טביעת רגל ליחידת אנרגיה שנאגרה במהלך חייה. בשלב הבא, הצוות יחקור אם ניתן להשתמש באותם עקרונות עיצוב חומרים לבניית קתודות מחומרי גלם שהם פחות נדירים. "הן קובלט וניקל הם מה שנקרא חומרים קריטיים לטכנולוגיות אנרגיה וזה יהיה דבר טוב להפחית את השימוש בחומרים אלה בסוללות", אומר הסופר הבכיר של העיתון, מרניקס וויימייקר.
