طلاء بسيط يطيل عمر بطاريات الليثيوم عالية الطاقة ويحسن الأداء

تساعد طبقات الحماية PVDF–MgO على الحد من تشقق الأقطاب، وتكثفها، وتكوّن أشواك الليثيوم في الأنودات المصنوعة من السيليكون–الجرافيت للبطاريات عالية الطاقة.

الدراسة التي قام بها باحثين في جامعة تايوان الوطنية، تم نشرها في مجلة الهندسة الكيميائية.

يُعد السيليكون مادة جذابة للأنودات في بطاريات الليثيوم لأنه قادر على تخزين طاقة أكبر بكثير من الجرافيت المستخدم حاليًا، ومع ذلك، يتمدد السيليكون وينكمش بشكل كبير أثناء الشحن والتفريغ.

هذا التمدد والانكماش المتكرر يؤدي إلى تشقق الأقطاب، وفقدان الاتصال الداخلي، وتدهور سريع للبطارية، مما يقلل بشكل كبير من عمرها وأمانها.

وأظهرت دراسة جديدة، نُشرت في Chemical Engineering Journal، تطوير طلاء بسيط لحماية الأنودات المصنوعة من السيليكون–الجرافيت. يتكون الطلاء من بوليمر شائع (PVDF) ممزوج بجسيمات أكسيد المغنيسيوم الدقيقة (MgO)، ويمكن تطبيقه باستخدام العمليات الصناعية القياسية.

تقليل من خطر تراكم الليثيوم الخطير

وأهم اكتشاف هو توقيت تطبيق الطلاء، قبل أن يتم ضغط القطب ميكانيكيًا أثناء التصنيع، حاسم لتحقيق أفضل أداء، البطاريات المطليّة بالطلاء الأمثل استمرت لفترة أطول بكثير من البطاريات غير المطليّة.

حتى بعد مئات دورات الشحن والتفريغ، احتفظت البطاريات المطليّة بمعظم سعتها الأصلية وعملت بكفاءة عالية.
في المقابل، فقدت البطاريات غير المطليّة الأداء في وقت أبكر. كما أدت الأنودات المطليّة أداءً أفضل أثناء الشحن والتفريغ السريع.

وتوضح الملاحظات المجهرية سبب فعالية الطلاء، بدون الحماية، يتمدد السيليكون بشكل مفرط ويتعرض للتشقق والأضرار الداخلية، يقلل طلاء PVDF–MgO بشكل كبير هذا التمدد، ويحافظ على بنية القطب، ويضمن اتصالًا كهربائيًا جيدًا، بالإضافة إلى ذلك، تساعد جسيمات MgO على تنظيم حركة الليثيوم وترسيبه داخل البطارية، مما يقلل من خطر تراكم الليثيوم الخطير.

ويقول نا-ليه وو، دكتوراه، أستاذ متميز في الهندسة الكيميائية بجامعة تايوان الوطنية، والمشارك في تأليف الدراسة: “تُظهر هذه الدراسة أن طلاء بسيط ومنخفض التكلفة، يُطبق في المرحلة الصحيحة من التصنيع، يمكن أن يحسن بشكل كبير عمر البطاريات وموثوقيتها وسلامتها، هذه الطريقة عملية ومتوافقة مع طرق إنتاج البطاريات الحالية، مما يجعلها واعدة للتطبيق الواقعي”.