کشف جدید برای جلوگیری از آتش‌سوزی و انفجار باتری‌ها

ICTPRESS - دانشمندان با کشف سازوکاری جدید، راهی برای جلوگیری از تشکیل دندریت، ساختارهای سوزنیِ عامل آتش‌سوزی و خرابی باتری‌ها، یافته‌اند.

به گزارش شبکه خبری ICTPRESS به نقل از وبگاه تِک‌اِکسپلور در گزارشی آورده است:

پژوهشگران دانشگاه بریتیش کلمبیا (UBC) با کشف سازوکار جدیدی برای مهار رشد دندریت‌ها، ساختارهای سوزنی خطرناکی که باعث خرابی و آتش‌سوزی باتری‌ها می‌شوند، گام مهمی به سوی توسعه باتری‌های ایمن‌تر، پایدارتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر برداشته‌اند.

این دستاورد علمی می‌تواند باتری‌های روی‌یونی را به جایگزینی ایمن‌تر، پایدارتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر برای باتری‌های لیتیوم‌یونی در خودروهای برقی و ذخیره‌سازی انرژی تبدیل کند.

مشکل دندریت‌ها، تهدیدی پنهان در قلب باتری‌ها

دندریت‌ها بلورهای ریز و سوزنی‌شکلی هستند که در حین شارژ باتری روی الکترودها رشد می‌کنند. با گذشت زمان، این ساختارها می‌توانند لایه جداکننده بین الکترودها را سوراخ کنند و منجر به اتصال‌کوتاه، خرابی کامل باتری یا حتی انفجار و آتش‌سوزی شوند.

چرا باتری‌های روی‌یونی؟ یک جایگزین امیدوارکننده

باتری‌های لیتیوم‌یونی به دلیل چگالی انرژی بالا، بازار را در دست دارند، اما باتری‌های روی‌یونی مزایای چشمگیری ارائه می‌دهند:

ارزان‌تر و فراوان‌تر: روی یک ماده فراوان و کم‌هزینه است؛
ایمنی بالاتر: الکترولیت‌های مبتنی‌بر آب آن‌ها را اشتعال‌ناپذیر می‌سازد؛
سازگاری محیطی بهتر: تولید و بازیافت آن‌ها آسان‌تر است.

راه‌حل کشف‌شده؛ یک پوشش محافظ با اثر مکانیکی

گروه پژوهشی به سرپرستی موسانا غالب (Musanna Galib)، دانشجوی دکتری، با استفاده از میکروسکوپ نوری فوق‌سریع، رشد دندریت‌ها را در لحظه مشاهده کردند. آن‌ها دریافتند که اِعمال یک لایه نازک محافظ روی سطح روی (زینک)، تنش‌های مکانیکی داخلی ایجاد می‌کند که مانند یک سپر در مقیاس اتمی عمل می‌کند و هم شکل‌گیری و هم رشد دندریت‌ها را سرکوب می‌نماید. این پوشش همچنین تولید گاز هیدروژن را کاهش می‌دهد و سطح الکترود را صاف‌تر نگه می‌دارد.

نتیجه و چشم‌انداز آینده

این پژوهش برای نخستین‌بار ارتباطی واضح بین تنش پوشش و پایداری الکتروشیمیایی باتری نشان داد. جیان لیو (Jian Liu)، پژوهشگر ارشد، می‌گوید: درک و کنترل این دندریت‌ها، دروازه‌ای به سوی باتری‌های ایمن‌تر و پربازده برای خودروهای برقی، فناوری‌های پوشیدنی و شبکه‌های انرژی تجدیدپذیر می‌گشاید.

این دستاورد علمی مسیر توسعه نسل جدیدی از سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی را هموار می‌کند که نه تنها باید قدرتمند، بلکه باید ایمن، مقرون‌به‌صرفه و پایدار باشند. باتری‌های روی‌یونی با رفع مشکل دندریت‌ها، می‌توانند جایگزینی جدی برای باتری‌های لیتیوم‌یونی در بسیاری از کاربردها شوند.