باتری حالت جامد MIT شارژدهی موبایل‌ها را تا چند روز افزایش می‌دهد

یکی از روش‌هایی که معمولا دانشمندان برای بهبود باتری‌ها انجام می‌دهند، تعویض اجزای مایع با جامد است که به باتری جدید تولید شده توسط این روش، باتری حالت جامد می‌گویند. این تلاش‌ها می‌توانند تا حدود زیادی عمر و شارژدهی باتری‌ها را افزایش دهند. اخیرا دانشمندان دانشگاه MIT نوع جدیدی از باتری حالت جامد را توسعه داده‌اند که بسیاری از مشکلات نسل فعلی آن‌ها را برطرف می‌کند.

باتری لیتیومی معمولی الکترولیتی مایع دارد که به عنوان واسطه عمل می‌کند. یون‌های لیتیوم از این واسطه استفاده می‌کنند و بین آند و کاتد جا به جا می‌‌شوند که به آن عمل شارژ و دشارژ می‌گویند. یکی از مشکلاتی که در این نوع باتری‌ها وجود دارد، فرار بودن مایع الکترولیتی بوده که ممکن است گاهی اوقات موجب آتش گرفتن باتری شود؛ مثل همان مشکلی که در باتری نوت ۷ معروف وجود داشت.

تعویض الکترولیت مایع با اجزای جامد نه تنها این مشکل را حل کرده و باتری‌ها را امن‌تر می‌کند، بلکه می‌تواند باعث ایجاد تغییرات جدیدی در دیگر اجزای کلیدی باتری شود. آند باتری‌های لیتیومی امروزی از ترکیب مس و گرافیت تولید می‌شوند، اما اگر بتوان آن را از لیتیوم خالص تولید کرد می‌تواند گلوگاه بین شیمی انرژی و چگالی که گریبان باتری‌های امروزی را گرفته است نیز از بین ببرد.

از همین رو یکی از دغدغه‌های اصلی محققین، تولید الکترولیت جامد است که البته خود یکی سری سختی‌هایی دارد. مشکلی که این جا وجود دارد، این است که با شارژ شدن باتری، اتم‌ها داخل فلز لیتیوم جمع شده و آن را منبسط می‌کنند. این عمل، ارتباط پیوسته بین مواد داخل باتری را ناممکن کرده که باعث ترک خوردن الکترولیت می‌شود. محققین دانشگاه MIT نیز همین مشکل را برطرف کرده‌اند.

آن‌ها مخلوطی از مواد هادی جامد یونیک - الکترونیک (MIEC) و عایق لیتیوم یون (ELI) ساخته‌اند که داخل یک ساختار لانه زنبوری ۳ لایه ساخته شده‌اند. این مواد به همراه ردیفی از تیوب‌های نانو ساخته شده از MIEC قطعات پازل را تکمیل می‌کنند. سپس تیوب‌ها به فلز لیتیوم جوش داده شدند تا بخش آند باتری تشکیل شود. از آن جایی که داخل این تیوب‌ها فضای اضافی وجود دارد، فلز لیتیوم می‌تواند بدون مشکل منبسط و منقبض شود. در این حالت ساختار به خوبی مانند یک جامد - مایع عمل می‌کند؛ یعنی مانند یک مایع حرکت کرده و ساختار جامد خود را نیز حفظ می‌کند.

تمامی این اتفاقات داخل ساختار لانه زنبوری آند رخ می‌دهد؛ جایی که پوشش ELI دیواره تیوب‌ها مانند یک جداکننده میان الکترولیت جامد و آند عمل می‌کند. این بدان معناست که با شارژٰ شدن باتری ابعاد پرنوسان فلز لیتیوم، کاملا داخل ساختار قرار خواهد گرفت و ابعاد خارجی آن تغییری نمی‌کند. مزیت این روش در اینجاست که آند باتری به صورت شیمیایی و مکانیکی پایدار است و در چرخه‌های شارژ و دشارژ، لیتیوم تماس الکتریکی خود با الکترولیت جامد را از دست نمی‌دهد.

تیم محققین دانشگاه MIT می‌گویند که این آزمایش باعث پیشرفت شگرفی در آزمایشات دیگر در رابطه با باتری حالت جامد شده است که عموما به مخلوطی از الکترولیت مایع نیاز دارند تا به درستی کار کنند. تیم تحقیقاتی باتری حالت جامد خود را در ۱۰۰ بار شارژ و دشارژ کردند و الکترولیت آن هیچ ترکی برنداشت.

این تکنولوژی باعث می‌شود که آند‌ها ۲۵ درصد وزن آند‌های فعلی را داشته باشند، در حالی که همان فضای ذخیره‌سازی را دارند. با ترکیب این روش و تکنولوژی جدید کاتد‌ها، می‌توان کاری کرد که شارژدهی باتری گوشی‌های هوشمند تا چند روز افزایش یابد بدون آن که تغییری در وزن و ابعاد آن‌ها ایجاد شود.