Yüksək performanslı batareyalar geniş tətbiq sahəsi üçün tələb olunur və onlara tələbat sürətlə artır. Buna görə də elektrokimyəvi enerji saxlama sistemlərinin, o cümlədən elektromobillik sistemlərinin tədqiqi və inkişafı bütün dünyada materialşünaslığın ən vacib iş sahələrindən biridir. Diqqət təkcə akkumulyatorların doldurma qabiliyyətinə və doldurma sürətinə deyil, həm də istifadə müddətinə, təhlükəsizliyinə, xammalın mövcudluğuna və CO ₂ balansına yönəlib.

Kimyaçılar Dr. Hanyu Huo və Prof. Dr. Yurgen Janek (hər ikisi Justus Liebig Universiteti Gissen), fizik Prof. Dr. Kerstin Volz (Marburq Universiteti), materialşünas Dierk Raabe (Maks Plank Dəmir Araşdırmaları İnstitutu, Düsseldorf) və nəzəri material alim Prof. Dr. Chandra Veer Singh (Toronto Universiteti, Kanada) və onların komandaları bərk cisimli akkumulyatorlarda silikon anodların xüsusiyyətlərini tədqiq ediblər .

Onlar belə qənaətə gəliblər ki, bu anodlar bu batareyaların işini yaxşılaşdırmaq üçün böyük potensiala malikdir. Onların silikon elektrodların sabitliyi, kimyamexanikası və yaşlanma davranışı ilə bağlı tapıntıları Nature Materials jurnalında dərc olunub .

Tədqiqatlar üçün tədqiqat qrupu elektrodda litiumun daşınmasını, doldurma və boşaltma prosesləri zamanı silikonun güclü mexaniki həcm dəyişikliyini və bərk elektrolitlə reaksiyanı kəmiyyətcə qiymətləndirmək üçün müxtəlif eksperimental və nəzəri üsulları birləşdirdi .

Tədqiqatın müəlliflərindən biri olan professor Janek deyir: “Bu hərtərəfli və fundamental analiz hazırda intensiv beynəlxalq tədqiqatların diqqət mərkəzində olan bərk cisimli akkumulyatorlarda silikonun elektrod materialı kimi mümkün istifadəsi istiqamətində mühüm addımdır”.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=2793866484&adk=675901022&adf=1873531024&pi=t.ma~as.2793866484&w=540&fwrn=4&lmt=1711611165&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2024-01-silicon-solid-state-batteries.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTIyLjAuNjI2MS4xMjkiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxMjIuMC42MjYxLjEyOSJdLFsiTm90KEE6QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyMi4wLjYyNjEuMTI5Il1dLDBd&dt=1711611165177&bpp=2&bdt=230&idt=193&shv=r20240326&mjsv=m202403210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dd8c6cdc5123375cd%3AT%3D1709623025%3ART%3D1711610831%3AS%3DALNI_MY2ynj5TDpMXqOZBx7W90OihbbXuw&gpic=UID%3D00000d6971a748b6%3AT%3D1709623025%3ART%3D1711610831%3AS%3DALNI_MaTILJ6PYHOKRZlSvHcKJ4LkDsnLQ&eo_id_str=ID%3D34d5e14efb6a7c5d%3AT%3D1709623025%3ART%3D1711610831%3AS%3DAA-Afjbw5XrDrmZOIEp3UV8fgvCO&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=2861249473598&frm=20&pv=1&ga_vid=1833901760.1709623018&ga_sid=1711611165&ga_hid=2017874761&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=1765&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C31081564%2C31082175%2C95320377%2C95328825%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=3717177676577045&tmod=1002168777&uas=0&nvt=3&ref=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fpage8.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=202

Bərk vəziyyətdə olan akkumulyator hazırda maye, üzvi elektrolitlə işləyən litium-ion batareyanın qabaqcıl konsepsiyasıdır. Son hədəf daha yaxşı saxlama xüsusiyyətləri, daha uzun xidmət müddəti və artan təhlükəsizlik vəd edən bərk elektrolitdən istifadə etməkdir. Bərk cisim batareyalarının inkişafı təxminən 10 ildir ki, bütün dünyada intensiv tədqiqatların mövzusudur və professor Janekin rəhbərlik etdiyi Giessen komandası bu sahədə aparıcı akademik qruplardan biridir.

Batareyanın doldurulması zamanı litium mənfi elektrodda, anodda udulur . “Bu, akkumulyatorun anodunda olan silisiumun bir neçə yüz faiz genişlənməsinə səbəb olur ki, bu da bərk vəziyyətdə olan akkumulyatorda əhəmiyyətli mexaniki problemlərə gətirib çıxarır”, – professor Janek izah edir.

“Bundan əlavə, bəyənilən bərk elektrolitlər saxlanılan litiumla reaksiya verir ki, bu da tutum itkilərinə səbəb olur. Bu yaxınlarda dərc olunmuş işimiz ilk dəfə olaraq bu aspektləri kəmiyyətcə ətraflı qiymətləndirir.”

Adi litium-ion batareyaları ilə rəqabət apara bilən daha güclü bərk cisimli batareyaların hazırlanmasında anod xüsusilə yüksək saxlama qabiliyyəti olan materialdan – ideal olaraq litium metaldan hazırlanmalıdır. Bununla belə, bu, iş şəraitində daxili qısaqapanma riskini daşıyır, ona görə də silikon eyni dərəcədə yüksək saxlama qabiliyyətinə malik alternativ kimi araşdırılır.

“Nəticələrimiz göstərir ki, silikon anod bərk cisimli akkumulyatorlarda istifadə üçün əhəmiyyətli potensiala malikdir və bu, akkumulyatordakı interfeysləri ağıllı şəkildə uyğunlaşdırmaqla istifadə edilə bilər”, – professor Janek deyir.

Silikon anodların kimyəvi və kimyəvi mexaniki yaşlanmasını aradan qaldırmaq üçün əlavə maddi anlayışlar tələb olunur. Bu həllin bir hissəsi bir polimer interlayer ola bilər, çünki Almaniya və Kanadadan olan tədqiqat qrupu artıq nümayiş etdirə bilmişdir.

Daha çox məlumat: Hanyu Huo et al, Bərk-dövlət batareyalarında silikon anodun kimyəvi-mexaniki uğursuzluq mexanizmləri, Təbiət Materialları (2024). DOI: 10.1038/s41563-023-01792-x

Jurnal məlumatı: Təbiət Materialları Gissen Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir