چرا سرعت شارژ باتری ها کند است؟

یکی از مشکلات وسایل الکتریکی مختلف از موبایل ها و وسایل ارتباطی گرفته تا خودروهای برقی، سرعت نسبتا کند باتری های موجود در این وسایل است. به تازگی محققان متوجه مشکل جدیدی شده اند که دلیل شارژ آهسته باتری هاست.

تیمی از پژوهشگران در مطالعات جدید خود به دنبال شناسایی دلایلی هستند که باعث کاهش عملکرد باتری‌های لیتیوم یونی با شارژ سریع در خودروهای الکتریکی می‌ شود.

در تحقیقات جدید آزمایشگاه ملی آرگون (DOE) وزارت انرژی ایالات متحده، دانشمندان رفتار شیمیایی جالبی را در یکی از دو پایانه باتری هنگام شارژ و تخلیه آن پیدا کردند. به گزارش سیناپرس، بر این اساس اعلام شد باتری ‌های لیتیوم یونی حاوی یک کاتد با بار مثبت و یک آند با بار منفی هستند که توسط ماده‌ای به نام الکترولیت از هم جدا می‌شوند که یون‌ های لیتیوم را بین آنها حرکت می‌ دهد.

آند در این باتری ها معمولاً از گرافیت ساخته می شود که در بسیاری از مدادها نیز مورد استفاده قرار دارد.به گزارش سیناپرس، البته با این تفاوت که بر خلاف مدادها، گرافیت در باتری های یونی لیتیوم از ذرات ریزی تشکیل شده است. درون این ذرات، یون‌ های لیتیوم می‌ تواند خود را در فرآیندی به نام جاگذاری (intercalation) وارد کند. وقتی این فرایند به درستی انجام شود، باتری می تواند با موفقیت شارژ و تخلیه شود.

با این حال، وقتی باتری خیلی سریع شارژ می شود، جاگذاری به یک فرایند پیچیده تر تبدیل شده و یون های لیتیوم به جای اینکه به آرامی وارد گرافیت شوند، تمایل دارند در بالای سطح آند جمع شوند و در نتیجه باتری آسیب دیده و روند شارژ با کندی همراه می شود. به گزارش سیناپرس، این پدیده با عنوان آبکاری شناخته می شود.

دانیل آبراهام، از پژوهشگران ارشد این تیم مطالعاتی درباره پدیده فوق گفت: آبکاری یکی از دلایل اصلی اختلال در عملکرد باتری در هنگام شارژ سریع است. زمانی که ما باتری را به سرعت شارژ کردیم، متوجه شدیم که علاوه بر آبکاری روی سطح آند، واکنش هایی در داخل منافذ الکترود نیز رخ می دهد. در نتیجه این فعل و انفعالات، خود آند دچار درجاتی از انبساط غیرقابل برگشت می شود که عملکرد باتری را مختل می کند.

گفتنی است در این مطالعه، دانیل آبراهام و همکارانش از دانشگاه ایلینویز با استفاده از تکنیکی به نام پویش نانو پراش الکترون، تغییر قابل توجه دیگری را در ذرات گرافیت مشاهده کردند.به گزارش سیناپرس، بر این اساس مشخص شد در سطح اتمی، شبکه اتم‌ های گرافیت در لبه‌ های ذرات به دلیل شارژ سریع مکرر دچار در هم گسیختگی شده و این اختلال مانع از فرآیند درون ‌سازی و شارژ مناسب باتری ها می ‌شود.

آبراهام در این رابطه گفت: به هر میزان که شارژ باتری را سریع تر انجام دهیم، ساختار آند از نظر اتمی بی‌ نظم ‌تر می ‌شود، که این بی نظمی در نهایت مانع از حرکت یون‌های لیتیوم به جلو و عقب خواهد شد. به نظر می رسد کلید مشکل فوق، این باشد که راه هایی برای جلوگیری از این از دست دادن سازمان یا به نحوی اصلاح ذرات گرافیت به گونه ای که یون های لیتیوم بتوانند به طور موثرتری با هم ترکیب شوند، پیدا کنیم.