غلبه باتریهای لیتیوم یون بر عرصه فناوری
باتریهای لیتیوم یون، در حدود ۷۰ درصد از تمامی دستگاههای قابل شارژ در اندازهها و کاربردهای متنوعی از جمله وسایل نقلیه الکتریکی، گوشیهای هوشمند و سیستمهای ذخیرهسازی انرژی در مقیاس وسیع را تأمین میکنند.
طبق گزارش ایسنا، هرچند این فناوری تقریباً در تمام جنبههای زندگی روزمره ما حضور دارد، اما هنوز اطلاعات زیادی درباره فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی که باتریهای لیتیوم یون را تغذیه میکنند، در دسترس نیست.
در حال حاضر، بسیاری از ویژگیهای طراحی باتریهای لیتیوم یون از طریق آزمایش و خطا به دست آمده است. محققان تغییراتی در الکترودها و الکترولیتها اعمال کرده و تلاش دارند تا با استفاده از پیکربندیهای خاص، تولید انرژی، قدرت، سرعت شارژ و طول عمر باتری را افزایش دهند و این یافتهها را بدون درک کامل علم نهفته در آنها به فرآیند طراحی مرتبط کنند.
با وجود اینکه درک پایهای از فرآیند شارژ مجدد باتریهای لیتیوم یون داریم، اما اطلاعات زیادی از واکنشهای آنها همچنان در هالهای از ابهام قرار دارد. خود واکنش نسبتاً ساده بوده و میتواند در یک محلول مایع یا در یک الکترود جامد جاری شود. در این موارد، یونهای لیتیوم به شکل الکترولیت تشکیل میشوند و در زمان دشارژ باتری، بسته به شرایط، در محلول یا الکترود قرار میگیرند. در حین شارژ، این یونها از محل خود خارج شده و به الکترولیت بازمیگردند و این چرخه هزاران بار در طول عمر باتری تکرار میشود.
بر اساس گزارشی که موسسه فناوری ماساچوست (MIT News) در اوایل ماه جاری منتشر کرده است، میزان توان تولیدی باتری و سرعت شارژ آن به سرعت وقوع این واکنشها وابسته است؛ اما اطلاعات اندکی در مورد مکانیسم این واکنشها یا عواملی که بر سرعت آنها تأثیر میگذارد، وجود دارد.
با این حال، پژوهشگران در این مطالعه جدید در حال تلاش برای تغییر این وضعیت هستند، از طریق مشاهده فرآیند بین لایهای در انواع مختلف باتری و مستندسازی دقیق شرایط خاصی که منجر به تسهیل این واکنشها میشود.
محققان متوجه شدهاند که فرآیند بین لایهای که فرآیند شارژ باتریهای لیتیوم یون را کنترل میکند، تحت تأثیر یک فرآیند دیگر به نام انتقال یون الکترون جفتشده قرار دارد. به طور خاص، یک الکترون به همراه یون لیتیوم به درون الکترود حرکت میکند. این کشف میتواند به محققان کمک کند تا مدلهای باتری با قابلیت شارژ بهتر و سریعتر طراحی کنند.
این دستاورد میتواند به حفظ تسلط باتریهای لیتیوم یونی در زمانیکه سایر فناوریها به سرعت در حال پیشرفت هستند، کمک کند. با اینکه باتریهای لیتیوم یونی از نظر کارایی بسیار مفید هستند، اما با تناقضاتی زیستمحیطی و چالشهای دیگر نیز همراه میباشند.
سایت اویل پرایس گزارش داده که استخراج و تولید لیتیوم میتواند به لحاظ زیستمحیطی مضر باشد و نیازمند منابع زیادی است. همچنین در زمینه مسائل ژئوپلیتیکی، چالشهایی به همراه دارد؛ زیرا چین سهم قابل توجهی از زنجیرههای تأمین لیتیوم در سطح جهانی را کنترل میکند. بهدلیل چنین مشکلاتی، سرمایهگذاری در تحقیقات و توسعه انواع باتریهای جایگزین از جمله باتریهای پروتون، باتریهای سدیم-یون و باتریهای کوانتومی در حال افزایش است.
