Pohang Elm və Texnologiya Universiteti tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləriDövr performansı ilə geri dönən ev sahibi tərəfindən dizayn edilmiş elektrolitin sxematik təsviri və kisə hüceyrəsi. Kredit: POSTECH

Elektrikli nəqliyyat vasitəsi Seuldan Busana tək bir doldurma ilə gəlib-gedə bilərmi? Sürücülər qışda belə batareyanın işləməsi barədə narahat olmağı dayandıra bilərlərmi? Koreyalı bir tədqiqat qrupu, eyni batareya həcmi ilə təxminən ikiqat məsafə qət edə bilən anodsuz litium metal batareya hazırlayaraq bu suallara cavab tapmaq üçün böyük bir addım atdı.

Batareya enerjisi sıxlığında irəliləyiş

POSTECH-in Kimya kafedrasının professoru Soojin Park və Dr. Dong-Yeob Hanın rəhbərlik etdiyi birgə tədqiqat qrupu, KAIST-dən professor Nam-Soon Choi və Dr. Saehun Kim, eləcə də Gyeongsang Milli Universitetinin professoru Tae Kyung Lee və tədqiqatçı Junsu Son ilə birlikdə anodsuz litium metal batareyasında 1270 Wh/L həcmli enerji sıxlığına nail olublar. Bu dəyər, adətən təxminən 650 Wh/L enerji verən elektrik nəqliyyat vasitələrində istifadə olunan litium-ion batareyalarının təxminən ikiqatıdır. Məqalə Advanced Materials jurnalında dərc olunub .

Anodsuz litium metal batareya ənənəvi anodu tamamilə aradan qaldırır. Bunun əvəzinə, katodda saxlanılan litium ionları doldurulma zamanı hərəkət edir və birbaşa mis cərəyan kollektoruna yerləşdirilir. Lazımsız komponentləri çıxarmaqla, eyni ölçülü çənə daha çox yanacaq yerləşdirmək kimi, enerji saxlama üçün daha çox daxili məkan ayrıla bilər.

Texniki çətinliklərin və təhlükəsizlik risklərinin aradan qaldırılması

Lakin bu dizayn ciddi çətinliklərlə üzləşir. Litium qeyri-bərabər çökərsə, dendritlər kimi tanınan iti iynəyəbənzər strukturlar əmələ gələ bilər ki, bu da qısaqapanma riskini və potensial təhlükəsizlik təhlükələrini artırır. Təkrar doldurma və boşaltma litium səthinə də zərər verə bilər və batareyanın ömrünü sürətlə qısaldır.

Bu problemləri həll etmək üçün tədqiqat qrupu Geri Qaytarıla Bilən Host (RH) və Dizayn Edilmiş Elektroliti (DEL) birləşdirən ikili strategiya qəbul etdi. Geri Qaytarıla Bilən Host, bərabər paylanmış gümüş (Ag) nanopartikülləri ilə örtülmüş polimer çərçivədən ibarətdir və litiumun təsadüfi deyil, təyin olunmuş yerlərdə çökməsinə istiqamətləndirir. Sadə dillə desək, o, nizamlı və vahid çökməni təmin edərək litium üçün xüsusi dayanacaq kimi fəaliyyət göstərir.

Dizayn edilmiş elektrolit, litium səthində Li₂O və Li₃N-dən ibarət nazik, lakin möhkəm qoruyucu təbəqə əmələ gətirərək stabilliyi daha da artırır. Bu təbəqə dəridə sarğı kimi fəaliyyət göstərir, litium ionlarının daşınması üçün açıq yolları qoruyarkən zərərli dendrit böyüməsinin qarşısını alır.

Performans nəticələri və kommersiya potensialı

Birləşdirildikdə, RH–DEL sistemi üstün performans göstərdi. Yüksək sahə tutumu (4.6 mAh sm⁻²) və cərəyan sıxlığı (2.3 mA sm⁻²) altında batareya 100 dövrədən sonra ilkin tutumunun 81.9%-ni saxladı və orta hesabla 99.6% Kulon səmərəliliyinə nail oldu. Bu nəticələr komandaya anodsuz litium metal batareyalarda rekord qıran 1270 Vt/L həcm enerji sıxlığına çatmağa imkan verdi.

Əhəmiyyətli olan odur ki, bu performans yalnız kiçik laboratoriya elementlərində deyil, həm də real elektrik avtomobilləri tətbiqlərinə daha yaxın olan kisə tipli batareyalarda da təsdiqlənib. Minimum miqdarda elektrolit (E/C = 2,5 q Ah⁻¹) və aşağı təzyiq altında (20 kPa) belə, batareyalar sabit işləyib. Bu, istehsal yükünü azaltmaqla yanaşı, batareyanın çəkisini və həcmini azaltmaq üçün güclü potensialı nümayiş etdirir və kommersiya baxımından səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırır.

Professor Park şərhində bildirib ki, “Bu iş anodsuz litium metal batareyalarında səmərəlilik və ömürlük problemlərə eyni vaxtda toxunmaqla mənalı bir irəliləyişdir”.

Professor Li əlavə etdi: “Tədqiqatımız göstərir ki, kommersiya məqsədləri üçün mövcud olan həlledicilərə əsaslanan elektrolit dizaynı həm yüksək litium-ion hərəkətliliyinə, həm də səthlərarası sabitliyə nail ola bilər.”

Daha çox məlumat: Dong‐Yeob Han və digərləri, Anodsuz Litium Metal Batareyalarında 1270 Wh L ⁻¹ əldə edən Host və Elektrolitin Sinerjist Birləşməsi , Qabaqcıl Materiallar (2025). DOI: 10.1002/adma.202515906

Jurnal məlumatları: Qabaqcıl materiallar Pohanq Elm və Texnologiya Universiteti tərəfindən təmin edilir