یک نوآوری جدید برای سنجش سلامت باتری ماشین الکتریکی


کد خبر: ۱۲۷۰۵۶

تاریخ انتشار: یکشنبه ۲۶ مهر ۱۴۰۱ الی ۱۴: ۰۵

تیمی به رهبری پروفسور کیوشی کانامورا در دانشگاه متروپولیتن توکیو با استفاده از تکنیکی به نام رسوب آئروسل، باتری‌های لیتیومی تمام فلزی جامد با مقاومت سطحی پایین را بررسی کردند.

تقدیم به شبکه علمی ثریا – محققان دانشگاه متروپولیتن توکیو نشان داده‌اند که طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) می‌تواند یک ابزار غیر مخرب قدرتمند برای مطالعه مکانیسم‌های تخریب باتری‌های لیتیوم فلزی حالت جامد باشد. آنها باتری‌های لیتیوم فلز جامد مبتنی بر سرامیک را که با رسوب آئروسل و گرمایش تهیه می‌شدند مورد مطالعه قرار دادند و رابطه خاصی را که مسئول عملکرد پایین آنها بود شناسایی کردند. کار آنها موانع مهندسی را که باید برای عرضه این باتری های درجه یک به بازار برطرف شود، برجسته می کند.

خودروهای الکتریکی (EVs) بخش مهمی از تلاش‌های جهانی برای کاهش انتشار کربن هستند. قلب تمام خودروهای الکتریکی باتری آنهاست. طراحی باتری همچنان گلوگاه اصلی برای افزایش برد رانندگی و بهبود ایمنی خودرو است. استفاده از باتری های لیتیوم فلزی حالت جامد می تواند چگالی انرژی، ایمنی و کاهش پیچیدگی را افزایش دهد، اما مشکلات فنی همچنان مانع استفاده از آنها در وسایل نقلیه می شود.

مشکل اصلی مقاومت سطح بالا بین الکترودها و الکترولیت های جامد است. در بسیاری از طرح های باتری، مواد کاتد و الکترولیت، سرامیک های شکننده هستند. این امر برقراری ارتباط خوب بین آنها را دشوار می کند. همچنین چالش تعیین اینکه کدام رابط واقعاً باعث ایجاد مشکل می شود وجود دارد. مطالعه تجزیه در باتری های لیتیوم فلزی حالت جامد معمولاً شامل برش آنها می شود. این امر باعث می شود که درک آنچه اتفاق می افتد در حالی که باتری کار می کند غیرممکن است.

تیمی به رهبری پروفسور کیوشی کانامورا در دانشگاه متروپولیتن توکیو با استفاده از تکنیکی به نام رسوب آئروسل، باتری‌های لیتیومی تمام فلزی جامد با مقاومت سطحی پایین را بررسی کردند. قطعات میکروسکوپی از مواد کاتد به لایه ای از الکترولیت سرامیکی شتاب می گیرند، جایی که با هم برخورد می کنند و یک لایه متراکم را تشکیل می دهند.

برای دور زدن مشکل ترک خوردگی ضربه، تیم قطعات کاتد را لحیم کردند، ماده ای نرم تر با نقطه ذوب پایین تر که می تواند برای ایجاد یک اتصال عالی بین کاتدهای تازه تشکیل شده، عملیات حرارتی شود. الکترولیت در سلول انتهایی کاملا جامد خود ظرفیت تخلیه اولیه ۱۲۸ میلی آمپر در ۶۰ درجه سانتیگراد را فراهم می کند و پس از ۳۰ چرخه شارژ/دشارژ ظرفیت بالای ۸۷ درصد را حفظ می کند. این بهترین نتیجه باتری های لیتیوم فلزی حالت جامد با الکترولیت های اکسید سرامیکی است.

در اینجا، تیم از طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)، یک ابزار تشخیصی پرکاربرد در الکتروشیمی استفاده کرد. با تفسیر چگونگی پاسخ سلول ها به سیگنال های الکتریکی فرکانس های مختلف، آنها می توانند امپدانس رابط های مختلف در باتری را بررسی کنند. آنها هنگام استفاده از سلول های جدید دریافتند که افزایش مقاومت بین ماده کاتد و جوش دلیل اصلی کاهش ظرفیت سلول است. آنها همچنین با استفاده از میکروسکوپ الکترونی توانستند ترک خوردگی رابط را در حین دوچرخه سواری به وضوح شناسایی کنند. نوآوری های این تیم نه تنها به طراحی پیشرفته باتری دست یافت، بلکه گام های بعدی را برای بهینه سازی بیشتر با استفاده از یک روش پرکاربرد و غیر مخرب برجسته کرد. مدل جدید آنها نوید پیشرفت های جدید هیجان انگیز را برای باتری ها در نسل بعدی خودروهای الکتریکی می دهد.