اخبار صنعت

طراحی کاتد جدید به طور قابل توجهی عملکرد باتری نسل بعدی را بهبود می بخشد

2021-06-16
موضوعات:
فناوری باتری ، انرژی ، فناوری نانو
توسط دانشگاه علوم و فن آوری هنگ کنگ 26 دسامبر 2020



یک راه حل همه جانبه برای استراتژی طراحی میزبان کلان با مکانهای اتصال دو طرفه. اعتبار: HKUST

تیمی به رهبری Cheong Ying Chan استاد مهندسی و محیط زیست پروفسور ZHAO Tianshou ، استاد گروه مهندسی مکانیک و هوافضا و مدیر موسسه انرژی HKUST ، یک طرح جدید طراحی کاتد برای باتری لیتیوم - گوگرد (Liâ € S) پیشنهاد کرده است. که عملکرد این نوع باتری های نسل آینده را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد.

باتری های لیتیوم جایگزین های جذابی برای باتری های لیتیوم یونی (Li-ion) هستند که معمولاً در تلفن های هوشمند ، خودروهای برقی و هواپیماهای بدون سرنشین استفاده می شوند. آنها به دلیل چگالی بالای انرژی شناخته می شوند در حالی که جزء اصلی آنها ، گوگرد ، فراوان ، سبک ، ارزان و از نظر محیط زیست خوش خیم است.

چگالی انرژی باتری های لیتیوم می تواند بیش از 500 وات بر کیلوگرم باشد ، به طور قابل توجهی بهتر از باتری های لیتیوم یونی که به 300 وات بر کیلوگرم می رسند. چگالی انرژی بیشتر بدین معناست که محدوده رانندگی تقریبی 400 کیلومتر وسیله نقلیه الکتریکی که از باتری های لیتیوم یونی استفاده می کند در صورت تغذیه با باتری های Liâ € S می تواند تا 600-800 کیلومتر افزایش یابد.

در حالی که نتایج هیجان انگیزی در مورد باتری های Liâ € by توسط محققان در سراسر جهان به دست آمده است ، هنوز فاصله زیادی بین تحقیقات آزمایشگاهی و تجاری سازی فناوری در مقیاس صنعتی وجود دارد. یکی از مسائل کلیدی ، اثر شاتل پلی سولفید باتری های Li-S است که باعث نشت تدریجی مواد فعال از کاتد و خوردگی لیتیوم می شود و در نتیجه چرخه عمر کوتاهی برای باتری ایجاد می کند. از دیگر چالش ها می توان به کاهش میزان الکترولیت در باتری و حفظ عملکرد پایدار باتری اشاره کرد.

برای رسیدگی به این مسائل ، تیم پروفسور ژائو با محققان بین المللی برای ارائه یک مفهوم طراحی کاتد که می تواند عملکرد خوب باتری لیتیوم را ارائه دهد ، همکاری کرد.

میزبان ماکروپور بسیار جهت دار می تواند به طور یکنواخت گوگرد را در خود جای دهد در حالی که سایتهای فعال فراوانی در داخل میزبان تعبیه شده اند تا پلی سولفید را محکم جذب کرده و اثر شاتل و خوردگی فلز لیتیوم را از بین ببرد. با طرح یک اصل طراحی برای کاتد گوگرد در باتری های Liâ € S ، تیم مشترک چگالی انرژی باتری ها را افزایش داده و گامی بزرگ در جهت صنعتی شدن باتری ها برداشته است.

پروفسور ژائو گفت: "ما هنوز در وسط تحقیقات اساسی در این زمینه هستیم." با این حال ، مفهوم جدید طراحی الکترود ما و پیشرفت مرتبط با آن ، گامی بزرگ در جهت استفاده عملی از باتری نسل بعدی است که حتی قوی تر و با دوام تر از باتری های لیتیوم یونی امروز است. " یورو

کار تحقیقاتی آنها اخیراً در Nature Nanotechnology منتشر شده است.

مرجع: cell € یک سلول کیسه ای گوگردی لیتیوم پرانرژی و با چرخه طولانی از طریق یک کاتد کاتالیزوری ماکروپور با مکان های اتصال دو طرفه توسط چن ژائو ، گوی لیانگ خو ، ژو یو ، لیچنگ ژانگ ، اینهویی هوانگ ، Yu-Xue Mo ، Yuxun Ren ، Lei Cheng ، Cheng-Jun Sun ، Yang Ren ، Xiaobing Zuo ، Jun-Tao Li ، Shi-Gang Sun ، Khalil Amine و Tianshou Zhao ، 3 دسامبر 2020 ، نانوتکنولوژی طبیعت.
DOI: 10.1038/s41565-020-00829-5

اعضای تیم HKUST شامل پروفسور ژائو و دانشجویان دکتری فعلی وی ZHAO Chen ، ZHANG Leicheng و دانشجوی سابق دکتری REN Yuxun (فارغ التحصیل 2019) است. سایر همکاران شامل محققان آزمایشگاه ملی آرگون و دانشگاه استنفورد در ایالات متحده ، دانشگاه شیامن در سرزمین اصلی چین و دانشگاه امام عبدالرحمن بن فیصل در عربستان سعودی است.