نسل جدید باتری لیتیوم گوگرد ساخته شد

دانشمندان برای کاهش انتشار کربن و پاسخگویی به تقاضا‌های رو به رشد صنعت الکترونیک، فناوری باتری جدیدی را توسعه داده‌اند که بادوام‌تر و پایدارتر هستند و انرژی بیشتری را ذخیره می‌کنند.

در سال‌های اخیر باتری‌لیتیوم گوگرد امیدوارکننده‌ترین فناوری حاوی کاتد‌های گوگرد و آند‌های لیتیوم-فلز است. این باتری‌ها می‌توانند بر برخی از محدودیت‌های مرتبط با واکنش‌های تبدیل در باتری‌های لیتیوم یون (LiBs) غلبه کنند و در نهایت به انرژی بالاتری دست یابند.

با وجود مزایای احتمالی، بسیاری از نسخه‌های باتری Li-S که تاکنون معرفی شده‌اند، درنهایت به نتایج مطلوب دست نیافته‌اند. یکی از دلایل امر این است که گوگردِ موجود در باتری‌ها باید روی یک میزبان رسانا بارگذاری شود که این رسانا‌ها معمولاً بر پایه موادی است که با الکترولیت‌ها به صورت مناسبی خیس نشده‌اند. این امر انتشار یون‌های لیتیوم در باتری‌ها را مختل می‌کند و ظرفیت و عملکرد کلی آن‌ها را کاهش می‌دهد.

اما حالا محققان دانشگاه کمبریج و موسسه فارادی باتری‌های لیتیوم-گوگردی با کارایی بالا ساخته‌اند؛ آن‌ها این کار را با استفاده از نانوصفحات دی سولفید مولیبدن (LixMoS ۲) کرده‌اند. این دستاورد امید‌ها برای ساخت باتری‌هایی با کارایی و عمر بالاتر را زنده کرده است.

به گفته ژوانگنان لی یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داده است: «مقاله اخیر ما در مورد استفاده از مواد جدیدی برای باتری‌های Li-S است که می‌تواند به انرژی برتر منجر شود. این کار بر اساس مرحله فلزی مواد دوبعدی است که گروه تحقیقاتی ما بیش از ۱۰ سال است که روی آن کار می‌کند.»

طراحی باتری معرفی شده به دست لی و همکارانش بر اساس تلاش‌های قبلی محققان دانشگاه کمبریج است. به طور خاص، این گروه الکترود‌های با کارایی بسیار بالا را بر پایه نانوصفحات LixMoS ۲ برای استفاده در باتری‌های Li-S توسعه داده است.

«نکته کلیدی در طراحی ما استفاده از کمترین مقدار الکترولیت به شرطِ عادی ماندنِ کاراییِ باتری بود.» این امر مستلزم آن است که ماده میزبانِ گوگرد دارای مقادیرِ بالایی از خواصِ رسانایی الکتریکی، چگالی، ترشوندگی، قطبیت برای جذب و فعالیت کاتالیزوری باشد.

محققان دریافتند که نانوصفحات آن‌ها به طور قابل توجهی جذب پلی‌سولفید‌های لیتیوم را بهبود می‌بخشد، در حالی که به‌طور همزمان انتقال یون‌های لیتیوم را افزایش، واکنش‌های الکتروشیمیایی را تسریع، و فعالیت الکتروکاتالیستی (که از تبدیل پلی‌سولفید‌ها در باتری‌های Li-S پشتیبانی می‌کند) را بهبود می‌بخشد. در مجموع، این مزایا منجر به بدست آمدنِ انرژی قابل توجه شد که به باتری‌ها اجازه می‌دهد تا ۸۵٫۲٪ از ظرفیت خود را پس از ۲۰۰ چرخه کاری حفظ کنند.

لی افزود: باتری‌های Li-S با انرژی بالا و عمر طولانی که در این پژهش به دست آمده‌اند، ظرفیت بالایی برای تولیدِ نسل بعدی دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی دارند. در حال حاضر قصد ما این است که قابلیت این باتری‌ها را بیشتر نشان دهیم و در ادامه روند صنعتی شدنِ آن‌ها را پیش بگیریم“.