باتری های لیتیوم در حالت جامد در زمینه علوم و مهندسی مواد به یک پیشرفت جدید تبدیل شده اند

باتری های لیتیوم کاملا جامد تبدیل به یک رونق جدید در علوم مواد و مهندسی شده اند، زیرا باتری های لیتیوم یون سنتی دیگر نمی توانند با استانداردهای فن آوری های پیشرفته مطابقت داشته باشند،مثل خودروهای الکتریکی️وسایل نقلیه الکتریکی باید شرایطی مانند تراکم انرژی بالا، شارژ سریع و عمر چرخه طولانی را برآورده کنند.باتری های حالت جامد از الکترولیت جامد به جای الکترولیت مایع در باتری های سنتی استفاده می کنند، که نه تنها با استانداردهای فوق مطابقت دارد، بلکه نسبتا امن تر و راحت تر است.

با این حال، الکترولیت های جامد نیز مشکلاتی دارند که غلبه بر آنها دشوار است. معلوم می شود که مقاومت زیادی بین الکترود مثبت و الکترولیت جامد رخ می دهد.و منشأش کمتر مشخصهعلاوه بر این، هنگامی که سطح الکترود در معرض هوا قرار می گیرد، مقاومت افزایش می یابد و ظرفیت و عملکرد باتری کاهش می یابد.هيچکس نتونسته به 10 کاهش بدهΩcm2️به ارزش مقاومت زمانی که در معرض هوا قرار نگرفته است.

حالا، در مطالعه ای که اخیرا در مجله ACS Applied Materials and Interface منتشر شده، یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور تارو هیتوسوجی از دانشگاه فناوری توکیو، ژاپن، و شیگرو کوبایاشی،دانشجوی دکترا در دانشگاه فناوری توکیو، بالاخره به این مشکل رسیدگی کرد.

اول، تیم یک باتری پر از فیلم نازک را که از یک آنود لیتیوم، یک کاتود اسید کوبالتی لیتیوم و 3PO4 از یک الکترولیت جامد تشکیل شده بود، آماده کرد. تیم سطوح اسید کوبالتی لیتیوم را در معرض هوا قرار داد،نیتروژن، اکسیژن، دی اکسید کربن، هیدروژن و بخار آب برای 30 دقیقه قبل از تکمیل تولید باتری.

به شگفتی آن ها دریافتند که باتری هایی که در معرض بیشتر گاز قرار گرفته اند، در مقایسه با باتری هایی که در معرض قرار نگرفته اند، عملکرد باتری را کاهش نمی دهند.فقط بخار آب ارزش مقاومت باتری را به شدت افزایش می دهد، بيشتر از 10 برابر بالاتر از ارزش مقاومت در معرض قرار نگرفته.

سپس این تیم یک فرآیند شناخته شده به عنوان " آنلینگ " را انجام داد، که در آن باتری نمونه برای یک ساعت در درجه حرارت 150 درجه گرمایی درمان شد.°ج. به طرز شگفت انگیزی، این فرآیند مقاومت را به ۱۰ کاهش داد.3Ωcm2، قابل مقایسه با مقاومت باتری غیرعرض شده.

با انجام شبیه سازی های عددی و اندازه گیری ها، این تیم بعدها دریافت که این کاهش ناشی از حذف خود به خود پروتون ها از ساختار LiO 2 در طول گرم کردن است.دانشمندان گفتند: " مطالعه ما نشان می دهد که پروتون ها در ساختار اسید لیتیوم-کوبالت نقش مهمی در کاهش مقاومت دارند.ما امیدواریم که توضیح این فرآیندهای میکروسکوپی به گسترش پتانسیل کاربرد باتری های حالت جامد کمک کند.