باتری های حالت جامد یک پیشرفت بزرگ را به ارمغان می آورند و یک گام محکم به سمت تجاری سازی می کنند

یک تیم تحقیقاتی از موسسه فناوری توکیو، AIST، و دانشگاه یاماگاتا اخیرا یک استراتژی برای بازگرداندن مقاومت کم اختراع کرده اند،در نتیجه یک گام محکم در مسیر تجاری سازی باتری های حالت جامد برداشته شده استآنها همچنین مکانیسم کاهش زیربنایی را کشف کردند و راه را برای درک اساسی از نحوه کار باتری های لیتیوم در حالت جامد هموار کردند.

باتری های لیتیوم کاملا جامد تبدیل به یک جنون جدید در علوم مواد و مهندسی شده اند زیرا باتری های سنتی لیتیوم یون دیگر نمی توانند با استانداردهای فن آوری های پیشرفته مطابقت داشته باشند.مانند وسایل نقلیه الکتریکی که نیاز به تراکم انرژی بالا دارندباتری های حالت جامد که از یک الکترولیت جامد به جای الکترولیت مایع موجود در باتری های معمولی استفاده می کنند، نه تنها این استانداردها را برآورده می کنند،اما همچنین نسبتا امن تر و راحت تر هستند زیرا آنها توانایی شارژ در یک دوره کوتاه از زمان را دارند.

با این حال، الکترولیت های جامد نیز چالش های خاص خود را دارند. یکی از چالش های مهم این است که رابط بین کاتود و الکترولیت جامد مقاومت زیادی را نشان می دهد.که منبع آن به خوبی شناخته نشده استعلاوه بر این، هنگامی که سطح الکترود در معرض هوا قرار می گیرد، مقاومت افزایش می یابد و ظرفیت و عملکرد باتری را کاهش می دهد.اگرچه تلاش هایی برای کاهش مقاومت انجام شده است، هیچ کس نتوانسته است آن را به 10Ω cm2 (ohm-centimeter-square) کاهش دهد، ارزش مقاومت رابط که در صورت قرار گرفتن در معرض هوا گزارش شده است.

در یک مطالعه اخیر که در ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده است، یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور تارو هیتوسوجی از موسسه فناوری توکیو (توکیو تک) در ژاپن و شیگرو کوبایاشی،دانش آموز دکترا در موسسه فناوری توکیو، ممکنه بالاخره مشکل رو حل کرد

با ایجاد یک استراتژی برای بازگرداندن مقاومت سطح پایین و کشف مکانیسم این کاهش،این تیم بینش های ارزشمندی در زمینه ساخت باتری های حالت جامد با عملکرد بالا ارائه کرد.این تحقیق نتیجه یک مطالعه مشترک توسط موسسه فناوری توکیو، موسسه ملی فناوری صنعتی پیشرفته ژاپن (AIST) و دانشگاه یاماگاتا است.

اول، تیم یک باتری دارای فیلم نازک که شامل یک آنود لیتیوم، یک کاتود لیتیوم کوبالت اکسید و یک الکترولیت جامد 3PO4 است را آماده کردند. قبل از تکمیل ساخت باتری،تیم سطح اکسید لیتیوم کوبالت را در معرض هوا قرار دادند، نیتروژن (N2) ، اکسیژن (O2) ، دی اکسید کربن (CO2) ، هیدروژن (H2) و بخار آب (H2O) برای 30 دقیقه.

برای تعجب آنها، آنها دریافتند که قرار گرفتن در معرض N2، O2، CO2 و H2 عملکرد سلول ها را در مقایسه با سلول های قرار نگرفته کاهش نمی دهد.فقط بخار H2O به شدت رابط Li3PO4-LiCoO2 را تخریب می کند و به طور چشمگیری ارزش مقاومت آن را افزایش می دهد، که بیش از 10 برابر بیشتر از رابط غیرعرض شده است". پروفسور هیتوسوجی گفت.

سپس این تیم یک فرآیند به نام "تخمیر" را انجام داد که در آن نمونه تحت درمان حرارتی باتری در 150 درجه سانتیگراد برای یک ساعت قرار گرفت، جایی که الکترود منفی قرار گرفت.تعجب آورهبا انجام شبیه سازی های عددی و اندازه گیری های پیشرفته، این مقاومت را به 10.3Ω cm2 کاهش داد، که قابل مقایسه با مقاومت یک سلول غیرعرض شده است.سپس این تیم دریافت که این کاهش می تواند به حذف خود به خود پروتون ها از ساختار دی اکسید لیتیوم در طول "تخلیه" نسبت داده شود.. "

پروفسور هیتوسوگی نتیجه گیری می کند: "مطالعه ما نشان می دهد که پروتون های موجود در ساختار لیتیوم کوبالتات نقش مهمی در فرآیند بازیابی دارند.ما امیدواریم که توضیح این فرآیندهای میکروسکوپی رابط به گسترش پتانسیل کاربرد باتری های حالت جامد کمک کند"..