นักวิทยาศาสตร์จีนแก้ไขความท้า้าทายสำคัญในแบตเตอรี่ลิเธียมสถานะของแข็งทั้งหมด

(ยี่ไข่) 8 ต.ค. – แบตเตอรี่ลิเธียมแบบโซลิดสเตตทั้งหมด ซึ่งได้รับการยกย่องว่าเป็น "แก้วแห่งศาสนา" ของเทคโนโลยีการเก็บพลังงานรุ่นต่อไป ได้เผชิญกับปัญหาที่ท้าทายมานาน คือ การรักษาการสัมผัสอย่างแน่นหนาระหว่างอิเล็กโทรไลต์โซลิดกับอิเล็กโทรดโลหะลิเธียม

นักวิทยาศาสตร์จีนได้พัฒนาอินเตอร์เฟสที่ปรับตัวเองได้ในแบตเตอรี่ลิเธียมแบบโซลิดสเตตทั้งหมด ซึ่งรักษาการสัมผัสอย่างใกล้ชิดระหว่างแอโนดโลหะลิเธียมและอิเล็กโทรไลต์โซลิดโดยไม่ต้องใช้แรงดันจากภายนอก ซึ่งเป็นความก้าวหน้าที่ช่วยเอาชนะข้อจำกัดสำคัญในการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างเด็ดขาด

ผลการค้นพบนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Sustainability

วิธีการดั้งเดิมต้องการแรงดันอย่างต่อเนื่องจากอุปกรณ์ภายนอกที่มีขนาดใหญ่และหนัก ทำให้แบตเตอรี่มีขนาดใหญ่และหนักเกินไปสำหรับการใช้งานจริง

นักวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์ สำนักงานวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน (CAS) สถาบันเทคโนโลยีและวิศวกรรมวัสดุนิงโบของ CAS และมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหัวจง พบว่าการสัมผัสระหว่างอิเล็กโทรดลิเธียมและอิเล็กโทรไลต์โซลิดซัลไฟด์ในแบตเตอรี่ลิเธียมแบบโซลิดสเตตทั้งหมดนั้นไม่เหมาะสม โดยมีรูขุมขนและรอยแตกเล็ก ๆ จำนวนมากปรากฏอยู่ ปัญหาเหล่านี้ไม่เพียงแต่จะลดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่เท่านั้น แต่ยังอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยได้อีกด้วย

เพื่อรับมือกับความท้าทายนี้ ทีมนักวิจัยได้แนะนำไอออนไอโอไดด์เข้าไปในอิเล็กโทรไลต์โซลิดซัลไฟด์ ในระหว่างการทำงานของแบตเตอรี่ ไอออนไอโอไดด์เหล่านี้จะเคลื่อนที่ไปยังอินเตอร์เฟสของอิเล็กโทรดภายใต้สนามไฟฟ้า สร้างอินเตอร์เฟสที่อุดมไปด้วยไอโอดีน

อินเตอร์เฟสนี้สามารถดึงดูดไอออนลิเธียมได้อย่างแข็งขัน โดยอัตโนมัติเติมเต็มช่องว่างและรูขุมขนทั้งหมดเหมือนการซ่อมแซมตัวเอง ดังนั้นจึงรักษาการสัมผัสอย่างแน่นหนาระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์

แบตเตอรี่ต้นแบบที่เตรียมขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีนี้ได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่เสถียรและยอดเยี่ยม แม้จะผ่านการชาร์จ-ดิสชาร์จหลายร้อยรอบภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน ซึ่งเกินระดับของแบตเตอรี่ที่มีอยู่คล้าย ๆ กันอย่างมาก

เทคโนโลยีนี้สามารถทำให้แบตเตอรี่ในอนาคตมีความหนาแน่นพลังงานเกิน 500 Wh/kg ซึ่งอาจขยายอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างน้อยสองเท่า ฮวง เซวี่ยเจี๋ย จากสถาบันฟิสิกส์ หนึ่งในผู้เขียนบทความกล่าว

ความก้าวหน้าครั้งนี้จะเร่งการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมแบบโซลิดสเตตทั้งหมดที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง ซึ่งคาดว่าจะมีบทบาทสำคัญในหุ่นยนต์มนุษย์ เครื่องบินไฟฟ้า รถยนต์ไฟฟ้า และสาขาอื่น ๆ โดยนำเสนอโซลูชันพลังงานที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ฮวงกล่าว

การศึกษานี้ได้แก้ไขปัญหาคอขวดหลักที่ขัดขวางการพาณิชย์ของแบตเตอรี่สถานะของแข็งทั้งหมดอย่างเบ็ดเสร็จ ถือเป็นก้าวสำคัญสู่การประยุกต์ใช้จริง ตามที่หวังชุนเซิง ผู้เชี่ยวชาญด้านแบตเตอรี่สถานะของแข็งจากมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ระบุ

ที่มา: