محققان دانشگاه علوم و فناوری الکترونیک چین نمونه اولیه باتری لیتیوم-گوگرد(Li-S) را ساخته‌اند که حتی در صورت تا شدن یا بریده شدن می‌تواند کار کند. این ویژگی برای رفع نگرانی‌های ایمنی در مورد باتری‌های لیتیوم یون به این باتری اضافه شده است.

باتری‌های لیتیوم یون یک منبع انرژی بسیار قابل اعتماد برای دستگاه‌های مختلف از تلفن‌های هوشمند گرفته تا اسباب‌بازی‌ها و حتی خودروهای الکتریکی(EVs) هستند. با این حال، این فناوری با خطرات خاص خود همراه است. آسیب ساختاری می‌تواند باعث آتش گرفتن آن شود.

به گزارش ایتنا از ایسنا، یکی دیگر از نگرانی‌ها در مورد این باتری‌ها عمر نسبتا کوتاه آنهاست. باتری‌های Li-S به‌عنوان جایگزینی بالقوه برای فناوری لیتیوم یون پیشنهاد می‌شوند که می‌توانند بر این کاستی‌ها غلبه کنند، زیرا مواد خام آنها، فراوان و ارزان است و باتری می‌تواند انرژی بیشتری نسبت به همتایان لیتیوم یون خود نگه دارد.

با این حال، استفاده از باتری‌های Li-S محدود است. لیپینگ وانگ(Liping Wang)، استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه الکترونیک می‌گوید: چالش‌های اصلی که مانع از پذیرش گسترده باتری‌های Li-S می‌شود، طول عمر کوتاه، عملکرد کم نرخ و نگرانی‌های مربوط به ایمنی به دلیل استفاده از فلز لیتیوم به عنوان آند است.

مطالعه اخیر به رهبری لیپینگ می‌تواند آن را تغییر دهد.

باتری‌های لیتیوم سولفور
دانشمندان پیش از این استفاده از یک الکترولیت مبتنی بر کربنات را پیشنهاد کرده بودند که می‌تواند الکترودهای ساخته شده از سولفید آهن و فلز لیتیوم را جدا کند تا باتری‌های لیتیوم-گوگرد در دماهای بالا پایدار بماند.

با این حال، سولفید به عنوان کاتد در الکترولیت حل می‌شود. رسوبی را تشکیل می‌دهد که قابل تجزیه نیست و ظرفیت سلول را کاهش می‌دهد.

گروه تحقیقاتی به رهبری لیپینگ، اضافه کردن یک لایه دیگر بین کاتد و الکترولیت را برای به حداقل رساندن انحلال گوگرد بدون تأثیر بر قابلیت شارژ مجدد سلول پیشنهاد کردند.

پس از آزمایش با مواد متعدد، محققان دریافتند که پلی اکریلیک اسید(PAA) بهترین گزینه است زیرا ظرفیت تخلیه پس از ۳۰۰ چرخه شارژ و تخلیه شارژ را حفظ می‌کند.

محققان سپس نمونه‌های اولیه باتری‌های کیسه‌ای و سکه‌ای را با کاتد سولفید آهن با پوشش پلی اکرلیک اسید PAA، الکترولیت کربنات و آند مبتنی بر گرافیت تولید کردند. پس از بیش از ۱۰۰ چرخه شارژ و تخلیه شارژ، تیم تحقیقاتی هیچ پوسیدگی در سلول کیسه‌ای پیدا نکردند، که در صورت تا شدن از وسط یا حتی برش نیز کار می‌کند.

لیپینگ می‌گوید: این باتری به دلیل طراحی منحصر به فرد خود پس از نصف شدن به کار خود ادامه می‌دهد و شبکه رسانای آن حتی پس از آسیب فیزیکی دست نخورده باقی می‌ماند.

این ویژگی احتمالا به دلیل وجود یک سیستم چسبنده قوی و انعطاف‌پذیر یا طراحی ساختاری است که امکان جریان یون‌ها و الکترون‌ها را به رغم شکست مکانیکی فراهم می‌کند. مدار عملکردی باقی می‌ماند زیرا مسیرهای رسانا به طور کامل توسط برش قطع نمی‌شوند.

پس از ۳۰۰ چرخه شارژ، محققان دریافتند که سلول سکه‌ای ۷۲ درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ کرده است.

یافته‌های تحقیق در مجله ACS Energy Letters منتشر شده است.