چین با پیشرفت های تکنولوژیکی انقلاب باتری های جامد نسل بعدی را پذیرفته است

شانگهای -- در یک پیشرفت چشمگیر که می‌تواند آینده خودروهای برقی را متحول کند، محققان چینی مکانیسمی را در پشت شکست باتری‌های لیتیومی حالت جامد شناسایی کرده‌اند.

این در حالی است که چین به عنوان یک رهبر جهانی در صنعت باتری‌های لیتیومی ظهور کرده است. این کشور اکنون با رقبای بین‌المللی خود، به‌ویژه رقبای ژاپنی و جمهوری کره، برای پذیرش فناوری‌های باتری نسل بعدی در رقابت است.

باتری‌های حالت جامد که به طور گسترده به عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین راه‌حل‌ها در دهه آینده در نظر گرفته می‌شوند، می‌توانند ذخیره انرژی را متحول کنند. با این حال، غلبه بر موانع فنی آن‌ها همچنان بزرگترین چالش فعلی است.

یافتن علت اصلی

برخلاف الکترولیت‌های مایع که در باتری‌های معمولی استفاده می‌شوند، الکترولیت‌های جامد در جذب تنش‌های ناشی از انبساط و انقباض لیتیوم در طول چرخه‌های شارژ مشکل دارند.

این تنش‌ها می‌توانند باعث ایجاد ترک یا تشکیل دندریت‌ها شوند - ساختارهای سوزنی‌مانند کوچکی که می‌توانند باعث اتصال کوتاه شوند - و در نتیجه چالش‌های بزرگی را برای صنعتی‌سازی این فناوری ایجاد می‌کنند.

در مطالعه جدید خود، محققان دانشگاه تونگجی و دانشگاه علوم و فناوری هواژونگ دریافتند که شکست باتری‌های حالت جامد ارتباط نزدیکی با خستگی چرخه‌ای آند فلزی لیتیوم دارد.

آنها همچنین مشاهده کردند که این خستگی از اصول مکانیکی کاملاً مشخصی پیروی می‌کند، مانند خم کردن مکرر یک گیره کاغذ که آن را ضعیف می‌کند تا در نهایت بشکند.

این کشف که روز جمعه در مجله Science منتشر شد، یک چارچوب کمی برای پیش‌بینی چرخه‌های عمر باتری ارائه می‌دهد و راه‌های جدیدی را برای طراحی سیستم‌های ذخیره انرژی با دوام بیشتر باز می‌کند.

"این کار اهمیت خستگی در عملکرد آندهای فلزی لیتیوم در باتری‌های حالت جامد را به رسمیت می‌شناسد،" Jagjit Nanda و Sergiy Kalnaus، دو دانشمند باتری آمریکایی، در چشم‌اندازی در مورد این تحقیق اشاره کردند.

انقلاب باتری

این تحقیق بر سرمایه‌گذاری‌های مداوم تحقیق و توسعه چین در الکتروشیمی در سال‌های اخیر تأکید دارد. این پیشرفت‌ها اکنون در حال تقویت مزیت صنعتی چین است و زمینه را برای تکرار موفقیت این کشور در انقلاب آینده در فناوری باتری فراهم می‌کند.

باتری‌های حالت جامد با استفاده از الکترولیت‌های جامد به جای مایع، به چگالی انرژی بسیار بالاتری (تا 500 وات ساعت بر کیلوگرم) نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی مایع سنتی (200-300 وات ساعت بر کیلوگرم) دست می‌یابند. این امر انرژی بیشتری را در همان حجم فراهم می‌کند و اندازه باتری را کاهش می‌دهد.

آنها همچنین دارای پایداری حرارتی بهتر، غیرقابل اشتعال بودن و عدم خطر نشت مایع هستند که خطر خود اشتعالی و انفجار را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

اویان مینگائو، کارشناس سیستم‌های قدرت انرژی جدید و استاد دانشگاه تسینگ‌هوا، پیش‌بینی کرد که رسیدن به چگالی انرژی 500 وات ساعت بر کیلوگرم به پیشرفت‌های حیاتی در علم مواد بستگی دارد و سال 2027 به عنوان یک سال محوری برای نوآوری‌های پیشگامانه در نظر گرفته می‌شود.

غول‌های باتری چینی CATL و BYD سال 2027 را به عنوان هدف خود برای تولید در مقیاس کوچک باتری‌های حالت جامد تعیین کرده‌اند.

تیم‌های علمی در حال تشدید همکاری خود با شرکت‌های باتری خط مقدم برای تسریع در تجاری‌سازی فناوری‌ها هستند.

مؤسسه فناوری پیشرفته شنژن تحت آکادمی علوم چین یک توافق‌نامه همکاری با BYD امضا کرده است که بر حوزه‌های پیشرفته مانند باتری‌های حالت جامد متمرکز است.

سان هوآجون، مدیر ارشد فناوری بخش باتری BYD، پیش‌بینی کرد که باتری‌های حالت جامد حدود سال 2030 به یک کاربرد در مقیاس بزرگ دست خواهند یافت.

برتری چین در تولید انبوه باتری‌های تمام حالت جامد در مقیاس‌های وسیع صنعت و بازار آن نهفته است.

"با کامل‌ترین زنجیره صنعتی، بزرگترین بازار و بیشترین محققان، ما به رویکرد و نقشه راه چین برای این فناوری بسیار اطمینان داریم،" زو سیجی، معاون رئیس SAIC Motor گفت.