أصبحت بطاريات الليثيوم الصلبة حالة جديدة في مجال علوم المواد والهندسة

باتريات الليثيوم الصلبة أصبحت طفرة جديدة في علوم المواد والهندسة، لأن بطاريات الليثيوم أيون التقليدية لم تعد قادرة على تلبية معايير التكنولوجيات المتقدمة،مثل السيارة الكهربائية‬‬تحتاج المركبات الكهربائية إلى تلبية ظروف مثل كثافة الطاقة العالية والشحن السريع وعمر دورة طويلة.بطاريات الحالة الصلبة تستخدم إلكتروليت صلب بدلاً من إلكتروليت السائل في البطاريات التقليدية، والتي لا تلبي المعايير المذكورة أعلاه فحسب، بل هي أيضا أكثر أمانا نسبيا وأكثر ملاءمة.

ومع ذلك، الالكتروليتات الصلبة لديها أيضا مشاكل من الصعب التغلب عليها.والمنشأ أقل وضوحاوعلاوة على ذلك، عندما يتعرض سطح الأقطاب الكهربائية للهواء، تزداد المقاومة وتتراجع سعة البطارية وأدائها.لم يستطع أحد تخفيضها إلى 10Ωسم2‬‬إلى قيمة المقاومة عندما لا تتعرض للهواء.

الآن، في دراسة نشرت مؤخراً في ACS Applied Materials and Interface، فريق بحث بقيادة البروفيسور تارو هيتوسوجي من جامعة طوكيو للتكنولوجيا، اليابان، وشيجيرو كوباياشي،طالب دكتوراه في جامعة طوكيو للتكنولوجيا، قد تعاملت أخيرا مع المشكلة.

أولاً، أعد الفريق بطارية رقيقة الصبغة تتكون من أيود الليثيوم، كاثود حمض الكوبالت الليثيوم، و 3PO4 من إلكتروليت صلب.النيتروجين، الأكسجين، ثاني أكسيد الكربون، الهيدروجين، وبخار الماء لمدة 30 دقيقة قبل الانتهاء من تصنيع البطارية.

لدهشتهم، وجدوا أن البطاريات المعرضة لمعظم الغاز لم تقلل من أداء البطاريات بالمقارنة مع البطاريات غير المعرضة.فقط بخار الماء يزيد من قيمة مقاومة البطارية بشكل حاد، أكثر من 10 مرات أعلى من قيمة المقاومة غير المعرضة.

ثم قام الفريق بعملية تعرف باسم " التسخين " حيث تم معالجة بطارية العينة لمدة ساعة°(ج) بشكل مدهش، العملية خفضت المقاومة إلى 103Ωcm2، مقارنة بمقاومة البطارية غير المعرضة.

من خلال إجراء محاكاة وقياسات رقمية، وجد الفريق في وقت لاحق أن هذا الانخفاض يعزى إلى الإزالة العفوية للبروتونات من بنية LiO 2 أثناء التسخين.قال العلماء: "تظهر دراستنا أن البروتونات في هيكل حمض الليثيوم الكوبالت تلعب دورا هاما في تقليل المقاومة.نأمل أن تساعد توضيح هذه العمليات المجهرية على توسيع إمكانات تطبيق بطاريات الحالة الصلبة بالكامل.