كشف فريق بحثي من معهد كوريا المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) السبب الجذري لتدهور أداء بطاريات الليثيوم عالية النيكل المستخدمة في السيارات الكهربائية، واقترح نهجًا جديدًا لمعالجة المشكلة.
قاد الفريق البحثي الأستاذ نام-سون تشوي من قسم الهندسة الكيميائية والهندسة البيولوجية الجزيئية، بالتعاون مع الأستاذ دونج-هوا سيو من قسم علوم وهندسة المواد، وأظهر أن المادة المضافة CN4، المستخدمة لتحسين استقرار البطارية وعمرها، هي السبب الرئيسي في تدهور الأداء في بطاريات النيكل العالي.
نُشرت الدراسة في مجلة ACS Energy Letters.
تعمل CN4 على تسهيل حركة أيونات الليثيوم بين الكاثود والأنود.
وأظهرت الحسابات الحاسوبية أن CN4، التي تحتوي على مجموعتين من النيتريل (-CN)، ترتبط بقوة زائدة مع أيونات النيكل على سطح الكاثود، مما يدمر الطبقة الكهربائية الواقية (EDL)، أثناء شحن وتفريغ البطارية، يتعرض الكاثود لتشوهات (Jahn-Teller distortion)، كما تسحب الإلكترونات إلى CN4، ما يؤدي إلى تلف الكاثود بسرعة.
تتسرب أيونات النيكل خلال هذه العملية إلى سطح الأنود، حيث تتراكم وتسرع من تحلل الإلكتروليت وإهدار الليثيوم، مما يزيد من سرعة تدهور البطارية.
أكدت التحليلات أن CN4 يحول سطح الكاثود إلى طبقة غير طبيعية ناقصة النيكل، وتتحول البنية المستقرة عادةً إلى بنية صخرية غير طبيعية.
يُظهر البحث الطبيعة المزدوجة لـ CN4، إذ يكون مفيدًا في بطاريات LCO، لكنه يسبب انهيار البنية في بطاريات النيكل العالي. ويخطط الفريق لتطوير مادة مضافة جديدة محسنة للكاثودات عالية النيكل.
قال تشوي: “الفهم الجزيئي الدقيق ضروري لتعزيز عمر البطارية واستقرارها، سيفتح هذا البحث الطريق لتطوير إضافات جديدة لا ترتبط بشكل مفرط بالنيكل، ما يساهم بشكل كبير في تسويق بطاريات الجيل القادم عالية السعة.”
