تنمو سوق السيارات الكهربائية حول العالم . على عكس السيارات التقليدية التي تستخدم محركات الإحتراق الداخلي ، فإن السيارات الكهربائية تعمل فقط ببطاريات ليثيوم أيون ، لذا فإن أداء البطارية يحدد أداء السيارة الإجمالي. ومع ذلك ، لا تزال أوقات الشحن البطيئة والطاقة الضعيفة حواجز يجب التغلب عليها. في ضوء ذلك ، طور فريق أبحاث POSTECH مؤخراً مادة بطارية شحن أسرع وعمراً أطول للسيارات الكهربائية.
أثبت الفريق البحثي للبروفيسور بيونغوو كانغ والدكتور مينكيونغ كيم من قسم علوم وهندسة المواد في POSTECH والبروفيسور وون ساب يون في قسم علوم الطاقة في جامعة Sungkyunkwan معاً لأول مرة أنه عند الشحن والتفريغ مواد قطب بطارية أيون ، يمكن إنتاج طاقة عالية عن طريق تقليل وقت الشحن والتفريغ بشكل كبير دون تقليل حجم الجسيمات. ونشرت نتائج هذه الأبحاث في العدد الأخير من مجلة Energy و Environmental Science ، وهي مجلة دولية رائدة في مجال مواد الطاقة.
لشحن وتفريغ بطاريات Li-ion بسرعة ، تم استخدام الطرق التي تقلل حجم الجسيمات من مواد القطب حتى الآن. ومع ذلك ، فإن تقليل حجم الجسيمات له عيب يتمثل في تقليل كثافة الطاقة الحجمية للبطاريات.
لهذا ، أكد فريق البحث أنه إذا تم تشكيل مرحلة وسيطة في إنتقال الطور الأول أثناء الشحن والتفريغ ، يمكن توليد طاقة عالية دون فقدان كثافة الطاقة العالية أو تقليل حجم الجسيمات من خلال الشحن والتفريغ السريع ، مما يتيح تطوير بطاريات Li-ion طويلة الأمد.
في حالة مواد فصل الطور التي تخضع لعملية إنشاء وتنمية مراحل جديدة أثناء الشحن والتفريغ ، توجد مرحلتان بأحجام مختلفة داخل جسيم واحد ، مما يؤدي إلى العديد من العيوب الهيكلية في واجهة المرحلتين. تمنع هذه العيوب النمو السريع لمرحلة جديدة داخل الجسيم ، مما يعيق الشحن والتفريغ السريع.
باستخدام طريقة التوليف التي طورها فريق البحث ، يمكن للمرء أن يحفز مرحلة وسيطة تعمل كمخزن هيكلي يمكن أن يقلل بشكل كبير من التغيير في الحجم بين المرحلتين في الجسيم.
بالإضافة إلى ذلك ، تم التأكيد على أن هذه المرحلة المتوسطة من التخزين المؤقت يمكن أن تساعد في إنشاء وتنمية مرحلة جديدة داخل الجسيم ، وتحسين سرعة إدخال وإزالة الليثيوم في الجسيم. وقد أثبت هذا بدوره أن تكوين الطور الوسيط يمكن أن يزيد بشكل كبير من سرعة الشحن والتفريغ للخلية عن طريق خلق تفاعل كهروكيميائي متجانس في القطب حيث تتكون العديد من الجسيمات. ونتيجة لذلك ، فإن أقطاب بطارية Li-ion التي صنعها فريق البحث تشحن ما يصل إلى 90٪ في 6 دقائق وتفريغ 54٪ في 18 ثانية ، وهي علامة واعدة لتطوير بطاريات Li-ion عالية الطاقة.
قال البروفيسور بيونغوو كانغ : "لطالما كان النهج التقليدي هو المفاضلة بين كثافة الطاقة المنخفضة وسرعة الشحن والتفريغ السريع بسبب إنخفاض حجم الجسيمات". وأوضح قائلاً : "لقد وضع هذا البحث الأساس لتطوير بطاريات Li-ion التي يمكن أن تحقق سرعة شحن وتفريغ سريع ، وكثافة طاقة عالية ، وأداء طويل الأمد".
المرحلة الإنتقالية:
هي عملية يتم فيها إدخال الليثيوم وإخراجه أثناء الشحن والتفريغ وتتغير المرحلة الحالية للمادة إلى مرحلة جديدة.
