به گزارش پایگاه خبری «عصر کالا» به نقل از روزنامه همشهری، دانشمندان MIT با طراحی نوع جدیدی از باتری جامد که توانسته محدودیت‌های موجود در باتری‌های لیتیومی مایع فعلی را دور بزند، از یک پیشرفت مهیج در آینده خبر می‌دهند.
آنها در حال ساخت و آزمایش باتری‌هایی با نام باتری حالت جامد هستند که می‌تواند مدت زمان مصرف در خودروهای برقی و دستگاه‌های موبایل را با افزایش چگالی انرژی بسته‌بندی شده در داخل بالا ببرد.
در باتری‌های لیتیومی معمولی، یک الکترولیت مایع به‌عنوان واسطه از طریق جابه‌جایی یون‌های لیتیوم بین آنود و کاتد باتری را شارژ و تخلیه می‌کند. مشکل بزرگ در این میان این است که این مایع اشتعال‌زاست و برخی مواقع می‌تواند منجر به آتش گرفتن باتری شود؛ مانند همانی که باتری‌های گوشی‌های موبایل گلکسی نوت‌7 سامسونگ را گرفتار کرد. جایگزین کردن این مایع الکترولیت با یک ماده جامد نه‌تنها باعث امنیت بیشتر و کمتر آتش‌گرفتن آن می‌شود بلکه می‌تواند برای سایر مولفه‌های کلیدی باتری امکانات جدید ایجاد کند. آنود در باتری‌های لیتیومی امروز از ترکیب مس و گرافیت تولید شده است اما اگر فقط از لیتیوم خالص ساخته شود می‌تواند تنگنای چگالی انرژی شیمی فعلی لی- یونی را بشکند.
بنابراین پتانسیل عظیم لیتیوم خالص آنود بین دانشمندان باتری آن را تبدیل به اولویت اول کرده است و یک قدم کلیدی در معرفی الکترولیت‌های جامد بادوام است. اما این کار هم موانع مشخصی پیش‌رو دارد. با شارژ مجدد باتری، اتم‌ها درون فلز لیتیوم ساخته و باعث گسترش آن می‌شوند، سپس آنها در طول استفاده کاهش می‌یابد که باعث انقباض فلز می‌شود.
این امر باعث می‌شود که تماس مداوم مواد تقریبا غیرممکن باشد و به این ترتیب منجر به شکستگی الکترولیت می‌شود. این مشکلی است که سازه جدید باتری MIT می‌تواند بر آن غلبه کند. سازه جدید شامل ترکیبی از مواد جامد شناخته شده به‌عنوان رسانای یونی-الکترونیکی مخلوط (MIEC) و عایق‌های الکترونی و لیتیوم (ELI) است. آنها برای یک سازه سه‌بعدی لانه زنبوری ساخته شده‌اند با مجموعه‌ای از لوله‌های نانو ساخته شده از MIEC که قطعه مهم این پازل را تشکیل می‌دهد.
فلز لیتیوم جامد به این لوله‌ها تزریق می‌شود تا‌ آند باتری را شکل دهد و از آنجا که فضای اضافه‌ای درون هرکدام از این لوله‌ها وجود دارد، فلز لیتیوم جای زیادی دارد تا در مدت زمان شارژ و تخلیه، منبسط و کوچ شود، به این ترتیب مواد در یک خط درست بین ماده جامد و مایع مثل مایع حرکت می‌کنند اما ساختار جامد بلوری را طی فرایند حفظ می‌کنند. همه اینها در ساختار لانه زنبوری آنود اتفاق می‌افتد و پوشش ELI دیواره‌های لوله‌ها به‌عنوان اتصال‌دهنده بین آنها و الکترولیت جامد عمل می‌کند. این یعنی وقتی باتری شارژ شد بعد نوسانی فلز لیتیوم در داخل ساختار قابل تغییر و در خارج از آن غیرقابل تغییر است.
نتیجه اصلی آن یک باتری‌ آند پایدا از لحاظ شیمیایی و مکانیکی است چرا که طی فرایند شارژ و تخلیه حالت خود را تغییر نمی‌دهد​​، درحالی‌که لیتیوم هرگز ارتباط الکتریکی خود را با الکترولیت جامد از دست نمی‌دهد. از نظر تیم تحقیقاتی این یک پیشرفت مهم در باتری‌های حالت جامد است که به‌طور معمول روی برخی انواع ترکیب الکترولیت مایع برای کارکردن آنها تکیه کرده است. جو لی، استاد علوم مواد و مهندسی در MIT گفت: باید بگوییم که باتری ما از همه نظر جامد است. هیچ‌گونه ماده مایع و ژلی در این باتری‌ها به‌کار نرفته است.
این تیم آزمایش‌هایی انجام داده‌اند که ساختار باتری جامد را تست و در نهایت اعلام کردند که این باتری قادر است بدون هیچ‌گونه شکستگی 100چرخه شارژ و تخلیه را انجام دهد. علاوه بر این، این فناوری می‌تواند آندهایی با وزن تقریبی یک چهارم از طرح‌های فعلی، اما با همان ظرفیت ذخیره‌سازی‌ ایجاد کند. بنابراعلام تیم تحقیقاتی MIT، سایر طراحی‌های این باتری متناسب با گوشی‌های هوشمند فقط هر 3روز یک‌بار نیاز به شارژ دارند.

قدم کلیدی
پتانسیل عظیم لیتیوم خالص آنود بین دانشمندان باتری آن را تبدیل به اولویت اول کرده است و یک قدم کلیدی در معرفی الکترولیت‌های جامد بادوام است