بهبود عملکرد باتری‌های لیتیومی با ماده موثره زرد چوبه
محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر با استفاده از ماده موثره آنتی اکسیدانی زردچوبه روشی را برای بهبود کارایی باتری‌های لیتیومی ارائه کردند.
باشگاه خبرنگاران جوان - سوسن حمیدی دانش آموخته دکترای دانشگاه با هدایت و راهنمایی دکتر مهران جوانبخت عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیرطرح تحقیقاتی با عنوان «بهبود عملکرد لایه بین فازی الکترود-الکترولیت جامد با استفاده از افزودنی های سنتزی و طبیعی» را اجرایی کرد.
حمیدی اجرای این تحقیق را با هدف بهبود عملکرد باتری‌های لیتیوم-یون عنوان کرد و گفت: یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در این سیستم‌ها، بهبود عملکرد لایه بین فازی الکترود-الکترولیت(SEI) است.
این لایه به عنوان رابطی میان دو جز اصلی سیستم عمل می‌کند و در بهینه‌سازی عملکرد باتری‌ها نقش حیاتی دارد.
وی افزود: معمولاً این لایه به وسیله واکنش‌های اکسیداسیون با مصرف حلال الکترولیت و یون‌های لیتیوم در حالت عادی به صورت کنترل نشده در باتری اتفاق می‌افتد و باعث مصرف یون‌های لیتیوم و کاهش حلال در باتری شده که منجر به افت ظرفیت باتری و عملکرد آن می‌شود.
در این پروژه، ما تلاش کردیم با استفاده از افزودنی‌های سنتزی و طبیعی، ویژگی‌های این لایه را بهبود دهیم.
به گفته وی، افزودنی‌های سنتزی، مواد شیمیایی هستند که به‌طور مصنوعی تولید می‌شوند و می‌توانند خواص الکترولیت را بهبود بخشند.
افزودنی‌های طبیعی که از منابع گیاهی یا طبیعی استخراج می‌شوند، نیز می‌توانند به تقویت اتصال بین الکترود و الکترولیت کمک کنند.
یکی از اهداف اصلی این تحقیق، کاهش مقاومت در لایه بین فازی(SEI) است که به افزایش کارایی و طول عمر باتری‌ها منجر می‌شود.
این محقق با بیان این که افزایش کارایی و طول عمر باتری‌ها با استفاده از تشکیل لایه بین فازی (SEI ) روی الکترود کاتد یا آند اتفاق می افتد، یادآور شد: ما در این پروژه از متیل پارا تولوئن سولفانات به عنوان افزودنی سنتزی و از کورکومین (ماده موثره انتی اکسیدانی زردچوبه) به عنوان افزودنی طبیعی در ساختار این لایه استفاده کردیم که به دلیل ویژگی های خاصی که دارند در رقابت با حلال الکترولیت در تشکیل لایه بین فازی (SEI) برنده شده و از مصرف اضافی یون های لیتیوم جلوگیری می کند که منجر به کاهش مقاومت انتقال بار و افزایش عملکرد باتری می شود.
وی با تاکید بر اینکه دستاوردهای این تحقیق می‌تواند به ارتقای عملکرد باتری‌های لیتیومی کمک کند گفت: این تحقیق در کاربردهایی همچون خودروهای برقی، ذخیره‌سازی انرژی و سیستم‌های الکتریکی می‌تواند به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد.
در نهایت، همچنین می‌تواند به بهبود عملکرد لایه بین فازی الکترود-الکترولیت جامد در باتری‌های پیشرفته به کار رود و با استفاده از افزودنی‌های سنتزی و طبیعی، راهکارهایی برای بومی‌سازی فناوری‌ها و کاهش وابستگی به واردات ارائه کند.
حمیدی نوآوری این طرح را به‌کارگیری مواد جدید و همچنین مواد برپایه گیاهی و دوستدار محیط زیست، برای افزایش پایداری و کارایی باتری‌ها، کاهش هزینه‌های تولید و ارتقای عمر مفید باتری‌ها عنوان کرد و افزود: روش کار ما در این تحقیق شامل دو بخش محاسباتی و آزمایشگاهی است برای این منظور ابتدا، ویژگی‌های انرژی افزودنی‌های انتخاب‌شده با استفاده از نرم‌افزار گوسین (Gaussian) بررسی و تایید و پس از آن، در مرحله آزمایشگاهی، این افزودنی‌ها در فرمولاسیون الکترولیت باتری لیتیومی به‌کار گرفته شدند تا عملکرد آن‌ها در شرایط واقعی ارزیابی شود.
به این ترتیب، ترکیب نتایج محاسباتی و آزمایشگاهی به بهبود عملکرد لایه بین فازی الکترود-الکترولیت جامد منجر شد.
وی با اشاره به کاربردهای نتایج این مطالعات گفت: نتایج این تحقیق می تواند در چندین حوزه صنعتی و فناوری مورد استفاده قرار گیرد.
یکی از مهم‌ترین کاربردها در صنعت باتری‌های پیشرفته، به ویژه باتری‌های لیتیوم-یون و باتری‌های با فناوری الکترولیت است.
این نوع باتری‌ها به دلیل ظرفیت بالا، عمر طولانی و ایمنی بیشتر، در صنایع مختلفی مانند خودروهای الکتریکی، ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر، دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل و حتی در صنایع فضایی کاربرد دارند.
علاوه بر این، بهبود ویژگی‌های لایه‌های بین فازی الکترود-الکترولیت می‌تواند به افزایش کارایی و عمر مفید باتری‌های موجود در این صنایع کمک کند و همچنین پتانسیل استفاده در فناوری‌های نوظهوری همچون باتری‌های حالت جامد را بهبود بخشد.
این تحقیق می‌تواند در جهت توسعه تکنولوژی‌های جدید ذخیره‌سازی انرژی و پیشرفت در صنعت باتری‌های پایدار و کارآمد، تأثیرات مهمی داشته باشد.
منبع: دانشگاه امیرکبیر