بطاريات الحالة الصلبة كلها تشهد اختراقا كبيرا وتأخذ خطوة قوية نحو التسويق

فريق بحث من معهد طوكيو للتكنولوجيا، AIST، وجامعة ياماغاتا قد اخترع مؤخرا استراتيجية لاستعادة مقاومة منخفضة،وبالتالي أخذ خطوة صلبة في طريق تسويق البطاريات الصلبة بالكاملكما استكشفوا آلية التخفيض الأساسية، مما مهد الطريق لفهم أساسي لكيفية عمل بطاريات الليثيوم الصلبة.

باتريات الليثيوم الصلبة أصبحت جنون جديد في علوم المواد والهندسة لأن بطاريات الليثيوم أيون التقليدية لم تعد قادرة على تلبية معايير التكنولوجيات المتقدمةمثل المركبات الكهربائية التي تتطلب كثافة طاقة عالية، الشحن السريع، وعمر دورة طويلة. البطاريات الصلبة، التي تستخدم الكهربائي الصلب بدلا من الكهربائي السائل الموجود في البطاريات التقليدية،ولكنها أيضاً أكثر أماناً وملاءمة نسبياً لأنها لديها القدرة على الشحن في فترة قصيرة من الزمن.

ومع ذلك، فإن الالكتروليتات الصلبة لها تحدياتها الخاصة أيضاً. أحد التحديات المهمة هو أن الواجهة بين الكاثود والالكتروليت الصلب تظهر مقاومة كبيرة،مصدرها غير معروف بشكل جيدوبالإضافة إلى ذلك، عندما يتعرض سطح الأقطاب الكهربائية للهواء، تزداد المقاومة، مما يقلل من سعة وأداء البطارية.على الرغم من بعض المحاولات التي تمت لتقليل المقاومة، لم يتمكن أحد من تخفيضها إلى 10Ω سم2 (أوم-سانتي متر مربع) ، القيمة المعلنة لمقاومة الواجهة عندما لا تتعرض للهواء.

في دراسة حديثة نشرت في ACS Applied Materials & Interfaces، قام فريق بحث بقيادة البروفيسور تارو هيتوسوجي من معهد طوكيو للتكنولوجيا في اليابان وشيجيرو كوباياشي،طالب دكتوراه في معهد طوكيو للتكنولوجيا، قد تكون قد حلت المشكلة أخيراً

من خلال وضع إستراتيجية لاستعادة مقاومة سطحية منخفضة، وتفكيك آلية هذا الانخفاض،قدم الفريق رؤى قيمة في تصنيع بطاريات عالية الأداءهذا البحث هو نتيجة دراسة مشتركة من معهد طوكيو للتكنولوجيا والمعهد الوطني الياباني للتكنولوجيا الصناعية المتقدمة (AIST) وجامعة ياماغاتا.

أولاً، قام الفريق بإعداد بطارية رقيقة الشريط تتكون من أيود الليثيوم، وكاثود أكسيد الكوبالت الليثيوم، والكهربائي الصلب 3PO4.الفريق عرض سطح أكسيد الكوبالت الليثيوم للهواءالنيتروجين (N2) ، الأكسجين (O2) ، ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، الهيدروجين (H2) وبخار الماء (H2O) لمدة 30 دقيقة.

لدهشتهم، وجدوا أن التعرض لـ N2، O2، CO2 و H2 لم يقلل من أداء الخلايا بالمقارنة مع الخلايا غير المعرضة."فقط بخار الـ H2O يتدهور بقوة على Li3PO4-LiCoO2 ويزيد بشكل كبير من قيمة المقاومة، وهو أكثر من 10 أضعاف أعلى من الواجهة غير المكشوفة" ، قال البروفيسور هيتوسوجي.

بعد ذلك قام الفريق بعملية تسمى "التسخين" ، حيث خضع العينة لعلاج حراري على شكل بطارية عند 150 درجة مئوية لمدة ساعة ، حيث تم إيداع الكهرباء السلبية.بشكل مدهش، هذا خفض المقاومة إلى 10.3Ω سم 2، وهو ما يُقارن بمقاومة خلية غير مكشوفة.ثم وجد الفريق أن هذا الانخفاض يمكن أن يعزى إلى الإزالة العفوية للبروتونات من هيكل ثاني أكسيد الليثيوم خلال. "

يقول البروفيسور هيتوسوجي: "تظهر دراستنا أن البروتونات في بنية كوبالتات الليثيوم تلعب دوراً هاماً في عملية التعافي.نأمل أن تساعد توضيح هذه العمليات المجهرية على توسيع إمكانات تطبيق بطاريات الحالة الصلبة بالكامل".