پیشرفت بزرگ در تولید باتری لیتیوم-گوگرد: حفظ 80 درصد ظرفیت بعد از 25 هزار چرخه شارژ

گروهی از محققان موفق شده‌اند باتری لیتیوم-گوگردی بسازند که حتی پس از 25 هزار چرخه شارژ و تخلیه، همچنان 80 درصد ظرفیت شارژ خود را حفظ می‌کند. براساس گزارش‌های منتشرشده، این پیشرفت قابل‌توجه می‌تواند تحولی بزرگ در صنعت باتری‌سازی باشد.

مهندسان همواره به‌دنبال ساخت باتری‌های سبک‌تر و کوچک‌تر بوده‌اند که درعین‌حال ظرفیت بالایی داشته باشند. آنها بیشتر به الکترودهای باتری توجه می‌کنند؛ زیرا این بخش‌ وظیفه‌ ذخیره‌سازی و نگهداری یون‌های لیتیوم را بر عهده دارند. استفاده از مواد جدید و کارآمدتر در الکترودها می‌تواند به ساخت باتری‌هایی با وزن کمتر، اندازه کوچک‌تر و طول عمر بیشتر منجر شود.

یکی از گزینه‌های امیدوارکننده برای استفاده در باتری‌ها، گوگرد است. این ماده علاوه‌بر فراوانی زیاد در طبیعت و هزینه پایین، ویژگی‌های شیمیایی مناسبی نیز دارد که می‌تواند در افزایش ظرفیت ذخیره انرژی مفید باشد. البته استفاده از گوگرد با 2 چالش بزرگ روبه‌روست: برخی واکنش‌های شیمیایی گوگرد با لیتیوم باعث ازبین‌رفتن یون‌های لیتیوم می‌شود و کارایی باتری را کاهش می‌دهد. علاوه‌براین، گوگرد حین واکنش‌های شارژ و تخلیه منبسط می‌شود که به‌مرور ساختار باتری را تخریب می‌کند و طول عمر آن را کاهش می‌دهد.

تیم تحقیقاتی که این باتری جدید را توسعه داده‌ است، تلاش کرده بر این محدودیت‌های گوگرد غلبه کند. آنها موفق شدند الکترودی جامد از گوگرد بسازند که ساختاری متخلخل دارد. این ساختار باعث می‌شود یون‌های لیتیوم به‌راحتی جابه‌جا شوند، بدون اینکه نیاز به واسطه‌های دیگر داشته باشد. محققان برای ساخت این الکترود پیشرفته ترکیبی از گوگرد، بور، لیتیوم، فسفر و ید ایجاد کردند که شبیه شیشه است. دراین‌میان، ید نقش کلیدی ایفا کرد؛ زیرا توانسته حرکت الکترون‌ها را در فرایند اکسایش-کاهش (ردوکس) تسریع کند. این موضوع باعث شد واکنش‌های شیمیایی سریع‌تر انجام شوند و عملکرد باتری بهبود یابد.

نتایج آزمایش باتری لیتیوم-گوگرد

نتیجه این نوآوری باتری قدرتمند و بادوامی بود که توانست بدون کاهش کارایی در دمای بالا شارژ شود. اما مهم‌تر از همه، این باتری پس از 25 هزار بار شارژ و تخلیه، 80 درصد ظرفیت خود را حفظ کرد که پیشرفتی چشمگیر در مقایسه با باتری‌های لیتیوم-یونی معمولی محسوب می‌شود؛ زیرا این باتری‌های رایج معمولاً پس از حدود هزار چرخه دچار افت عملکرد می‌شوند.

باوجود این موفقیت چشمگیر، محققان معتقدند تحقیقات بیشتری برای بهبود چگالی انرژی این باتری‌ها لازم است. همچنین احتمال دارد با تغییر در ترکیب مواد الکترود بتوانند وزن باتری را کاهش داده و بازدهی آن را بیشتر کنند. این دستاورد می‌تواند انقلابی در صنعت باتری‌سازی ایجاد کند و در آینده، زمینه را برای ساخت دستگاه‌های الکترونیکی، خودروهای برقی و تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی با دوام بیشتر فراهم کند.

نتایج این تحقیق در مجله معتبر «Nature» منتشر شده است.