پژوهشگر دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، موفق به توسعه‌ی یک مدل محاسباتی پیشرفته شده است که دیدگاه‌های نوینی درباره علل خرابی باتری‌های لیتیوم یونی ارائه می‌دهد.
باتری‌های لیتیوم یونی با قابلیت شارژ سریع، در همه‌جا حضور دارند و از تلفن همراه و لپ‌تاپ گرفته تا خودروهای برقی را تغذیه می‌کنند. با این حال، به دلیل گرمای بیش از حد یا خطر آتش‌سوزی، همواره نگرانی‌هایی پیرامون آن‌ها وجود داشته است. استادیار این دانشگاه، مدلی طراحی کرده است که پدیده‌ی رسوب لیتیومی (Lithium Plating) را توضیح می‌دهد. این پدیده یکی از عوامل اصلی گرم شدن بیش از حد و خطر آتش‌سوزی در باتری‌های لیتیوم-یونی با شارژ سریع به شمار می‌رود.
رسوب لیتیومی زمانی اتفاق می‌افتد که لیتیوم فلزی هنگام شارژ سریع، بر سطح آند باتری تجمع می‌یابد. مکانیسم‌های ایجاد رسوب لیتیومی تاکنون به‌درستی شناخته نشده بودند.
تأثیر رسوب لیتیومی بر عملکرد و ایمنی باتری
شارژ سریع، یکی از نیازهای اصلی در زمان استفاده از باتری‌های لیتیوم-یونی است؛ اما این امر می‌تواند با ایجاد گرمای شدید یا حتی آتش‌سوزی، ایمنی دستگاه‌ها را به خطر اندازد. رسوب لیتیومی یکی از عوامل اصلی بروز این مشکلات است، چرا که می‌تواند موجب اتصال کوتاه و تسریع روند فرسایش باتری شود. اما مدل ابتکاری محققان توانسته است تعامل پیچیده میان انتقال یون‌ها و واکنش‌های الکتروشیمیایی در درون آند گرافیتی (که ماده‌ای متداول در این نوع باتری‌هاست) را به‌دقت شبیه‌سازی کند.
با استفاده از این مدل می‌توان روابط میان شرایط عملیاتی، ویژگی‌های مواد، و زمان شروع رسوب لیتیومی را تحلیل کرد. بر این اساس، نموداری طراحی شده است که راهکارهایی مبتنی بر اصول فیزیکی برای پیشگیری از رسوب لیتیومی ارائه می‌دهد. این نمودار، یافته‌ها را به‌صورتی ساده و کاربردی در اختیار پژوهشگران قرار می‌دهد؛ بدون آنکه نیازی به انجام شبیه‌سازی‌های بیشتر باشد.
معرفی “نمودار رسوب لیتیومی“
بر خلاف مطالعات پیشین که عمدتاً بر شرایط شدید تمرکز داشتند، مدل جدید محققان امکان بررسی پدیده‌ی رسوب لیتیومی را در بازه‌ی گسترده‌تری از پارامترهای عملیاتی فراهم کرده است. این رویکرد جامع، درک عمیق‌تری از این پدیده و عوامل ایجاد آن ارائه می‌دهد و راهنمایی ارزشمند برای طراحی مواد پیشرفته باتری و همچنین تدوین پروتکل‌های بهینه‌ی شارژ فراهم می‌سازد. این دانش می‌تواند منجر به تولید باتری‌های با قابلیت شارژ سریع، ایمن‌تر و بادوام‌تر شود. پژوهشگران می‌توانند از یافته‌های مذکور برای طراحی مواد بهتر و به‌ویژه تدوین روش‌های شارژی بهره بگیرند که طول عمر باتری را افزایش می‌دهد.
راهنمایی‌های فیزیکی این مدل ارزشمند است، چرا که به ما امکان می‌دهد بهترین شیوه‌ی تنظیم چگالی جریان در حین شارژ را، بر اساس وضعیت شارژ و خواص مواد، برای جلوگیری از رسوب لیتیومی تعیین کنیم. نتایج این پژوهش در ژورنال ACS Energy Letters منتشر شده است. در همین حال، با افزایش تقاضا برای خودروهای برقی، بهبود عملکرد باتری‌های لیتیوم-یونی به یکی از حوزه‌های مهم تحقیقاتی تبدیل شده است و تلاش‌های بسیاری در این زمینه در حال انجام است.
برای ارجاع به منبع خبر، کلیک نمایید.
بیشتر بخوانید:
