قام فريق بحث بتطوير تقنية أساسية لضمان استقرار الشحن/التفريغ والعمر الطويل لبطاريات الليثيوم أيون في ظل ظروف الشحن السريع، ونشرت النتائج التي توصلوا إليها في المواد الوظيفية المتقدمة .
من الشروط الأساسية الحاسمة لاعتماد السيارات الكهربائية على نطاق واسع هو تحسين أداء بطارية الليثيوم أيون من حيث نطاق القيادة والسلامة، يعد الشحن السريع ضروريًا أيضًا لراحة المستخدم، ومع ذلك، فإن زيادة كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون تتطلب أقطابًا كهربائية أكثر سمكًا، مما قد يؤدي إلى تدهور البطارية وتدهور الأداء أثناء الشحن السريع.
طلاء سطح أنود بطارية أيون الليثيوم بأكسيد الألومنيوم
ولمعالجة هذه المشكلة، اكتشف فريق KERI حلاً عن طريق طلاء سطح أنود بطارية أيون الليثيوم جزئيًا بجزيئات أكسيد الألومنيوم (Al 2 O 3 ) أصغر من 1 ميكرومتر.
في حين ركز العديد من الباحثين في جميع أنحاء العالم على المواد الموجودة داخل القطب الكهربائي، مثل إدخال تكنولوجيا النانو الوظيفية في مواد الأنود مثل الجرافيت، استخدم فريق الدكتور تشوي تقنية معالجة مباشرة لتغطية سطح القطب الكهربائي بأكسيد الألومنيوم.
منخفض التكلفة، ممتاز في العزل الكهربائي ومقاومة الحرارة، مستقر كيميائيًا، ويمتلك خواص ميكانيكية جيدة، ويستخدم أكسيد الألومنيوم على نطاق واسع في مختلف أنواع السيراميك.
وجد باحثو KERI أن جزيئات أكسيد الألومنيوم تتحكم بشكل فعال في الواجهة بين الأنود والكهارل في بطاريات الليثيوم أيون، مما يشكل طريقًا سريعًا بينيًا لنقل Li + الفعال.
وهذا يمنع الترسيب الكهربي للليثيوم (تغيير لا رجعة فيه يجعل الليثيوم غير متاح للشحن والتفريغ الإضافي) أثناء الشحن السريع، وبالتالي ضمان استقرار وعمر بطارية الليثيوم أيون أثناء الشحن والتفريغ.
ميزة أخرى لهذه التكنولوجيا هي أنها تتيح زيادة في كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون.
إدخال مواد وظيفية أخرى إلى داخل القطب الكهربائي لتحسين الأداء والاستقرار غالبًا ما يؤدي إلى تعقيد عملية التوليف ويقلل من كمية الليثيوم العكسي (الكفاءة الكولومبية الأولية).
كما أنه يزيد من سمك القطب الكهربائي، مما يؤدي إلى تدهور الأداء في ظل ظروف الشحن السريع.
ومع ذلك، فإن تقنية KERI تتضمن المعالجة السطحية لأنود الجرافيت، بدلاً من تعديل مواد الجرافيت النشطة الداخلية، يحقق هذا النهج أداءً مستقرًا حتى في ظل ظروف الشحن السريع للأقطاب الكهربائية ذات الأغشية السميكة عالية الكثافة من الطاقة دون خسارة في كمية الليثيوم القابل للعكس.
ومن خلال اختبارات مختلفة، أكد الفريق أن الأنود عالي الكثافة من الطاقة والمغطى بأكسيد الألومنيوم (4.4 مللي أمبير/سم 2 ) يُظهر أداءً عالمي المستوى، حيث يحافظ على أكثر من 83.4% من سعته (نسبة السعة المتبقية) حتى بعد 500 دورة من التسخين. الشحن السريع.
لقد تحققوا من هذا الأداء باستخدام خلايا الحقيبة التي تصل سعتها إلى 500 مللي أمبير في الساعة.
ويخطط الفريق الآن لتوسيع نطاق التكنولوجيا لجعلها قابلة للتطبيق على الخلايا ذات السعة الكبيرة والمتوسطة والكبيرة.
اعتماد المركبات الكهربائية على نطاق أوسع
ترأس فريق البحث الدكتور تشوي جيونج هي، في مركز أبحاث المواد والعمليات الخاصة بالبطاريات التابع لمعهد أبحاث التكنولوجيا الكهربائية الكوري (KERI)، بالتعاون مع فريق من جامعة هانيانج تحت إشراف البروفيسور لي جونج وون وفريق من جامعة كيونج هي تحت إشراف البروفيسور بارك. مين سيك.
وقال الدكتور تشوي: “لطالما اعتبر الشحن السريع المريح وكثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون بمثابة مقايضة، مما أعاق اعتماد السيارات الكهربائية على نطاق واسع”، “سيساعد عملنا في تطوير بطاريات ليثيوم أيون مستقرة وعالية الكثافة في الطاقة وقادرة على الشحن السريع، وسيساهم هذا التقدم في اعتماد المركبات الكهربائية على نطاق أوسع ودعم تحقيق الحياد الكربوني”.
تم تسجيل براءات الاختراع في كل من كوريا والولايات المتحدة.
