افزایش باورنکردنی سرعت شارژ باتری‌های لیتیوم یون
رویداد۲۴ اختصاصی شبکه علمی ثریا- جامعه کنونی به طور کلی در حال گذار از سوخت‌های فسیلی و رفتن به سوی منابع تجدیدپذیر و باتری‌های الکتریکی است. علی‌رغم فوریت تغییر روش به سوی روش‌های سبزتر، چالش‌های اصلی مربوط به کارایی و پایداری مانعی برای غلبه بر آن‌ها هستند. به عنوان مثال، پذیرش بازار انبوه باتری‌های لیتیوم یون (Li-ion) برای استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی به دلیل سرعت پایین شارژ آن‌ها مانع بزرگی است. شارژ سریع و فوق العاده که در آن ۸۰ درصد باتری ظرف ۱۰ دقیقه شارژ می‌شود همراه با چگالی انرژی بالا و طول عمر چرخه ویژگی‌هایی است که صنعت خودرو در باتری‌ها به دنبال آن است.
به منظور فعال کردن قابلیت شارژ سریع در باتری‌ها، محققان مدت‌ها تلاش کرده‌اند که انتقال جرم الکترولیت‌ها و انتقال بار در الکترودها را با تحقیقات گسترده‌ای انجام دهند. اکنون، مطالعه‌ای توسط تیمی از محققان به سرپرستی پروفسور نوریوشی ماتسومی از مؤسسه علوم و فناوری پیشرفته ژاپن (JAIST)، رویکرد جدیدی را برای تسهیل شارژ سریع با استفاده از ماده بایندر به نمایش می‌گذارد که باعث تقویت یون لیتیوم در مواد فعال می‌شود. مواد چسبنده منجر به انتشار بهبود یافته یون‌های لیتیوم حل شده در سطح مشترک الکترولیت جامد (SEI) و درون ماده آند می‌شود و رسانایی بالا، امپدانس کم و پایداری خوب را به همراه دارد.
پروفسور ماتسومی سر پرست محققان می‌گوید: استراتژی کنونی ما برای استفاده از پلیمر لیتیوم بورات مشتق‌شده زیستی به‌عنوان بایندر پلی‌الکترولیت آبی برای افزایش انتقال بار در الکترود‌هایی مانند آند‌های گرافیتی، قابلیت شارژ سریع را نشان می‌دهد. در حالی که بیشتر تحقیقات در مورد باتری‌ها بر روی طراحی مواد فعال و انتقال جرم بهبود یافته الکترولیت‌ها متمرکز شده است، مطالعه کنونی رویکرد متفاوتی را از طریق طراحی مواد چسبنده خاص ارائه می‌دهد که باعث ایجاد ترکیب یون لیتیوم در ماده فعال می‌شود. پروفسور ماتسومی توضیح می‌دهد: مواد چسبنده شامل بورات لیتیوم بسیار قابل تفکیک هستند که انتشار لیتیوم-یون را در ماتریس‌های آند بهبود می‌بخشند. علاوه بر این، این چسبندگی می‌تواند یک ارگانوبور (SEI) را تشکیل دهد که در مقایسه با سلول‌های باتری معمولی مقاومت سطحی بسیار پایینی نشان می‌دهند.
نقش ترکیبات بور (مانند بور تتراکوردینات در بایندر و SEI غنی از بور) کمک به حل شدن یون‌های (Li+) با کاهش انرژی فعال‌سازی و جداسازی (Li+) از غلاف حلال در (SEI) می‌کند. همچنین، با انتشار بالا و امپدانس کم، مازاد پتانسیل مربوط به انتقال بار در رابط را کاهش می‌دهد. دکتر آنوشا پرادان توضیح می‌دهد: این یکی از عوامل تعیین کننده مهم برای شارژ سریع و شدید است. به طور کلی، زمانی که شارژ از سرعت درون‌گیری فراتر می‌رود، آبکاری لیتیوم روی الکترود‌های گرافیتی اتفاق می‌افتد که این یک فرآیند نامطلوب است و منجر به کاهش عمر باتری و محدود کردن قابلیت شارژ سریع می‌شود. در این مطالعه، انتشار بهبود یافته یون‌ها در سراسر (SEI) و درون الکترودها، قطبشان غلظت یون‌های (Li+) را محدود می‌کند که منجر به عدم وجود آبکاری روی گرافیت می‌شود.
محققان در مطالعه خود نه تنها یک استراتژی جدید برای باتری‌های قابل شارژ با نرخ بسیار بالا و کاهش مقاومت سطحی ارائه کردند، بلکه از یک پلیمر زیستی مشتق از کافئیک اسید نیز استفاده کردند. یک ترکیب آلی گیاهی، اسید کافئیک یک منبع پایدار و ایمن از مواد است. بنابراین، در حالی که بازار این باتری‌ها به شدت رشد می‌کند استفاده از منابع زیستی در این باتری‌ها باعث کاهش انتشار دی اکسید کربن نیز می‌شود. پروفسور ماتسومی با برجسته کردن توانایی‌های کلیدی ساختار مورد استفاده در این مطالعه می‌افزاید: در مطالعات آینده، بایندر ما همچنین می‌تواند با مواد فعال قابل شارژ با نرخ بالا ترکیب شود تا اثر هم افزایی بیشتری در افزایش عملکرد ایجاد شود. با افزایش تحقیقات در مورد عملکرد این باتری‌ها می‌توان به زودی منتظر گزینه‌های سبزتری در نحوه استفاده از انرژی، به ویژه در بخش حمل و نقل بود. از طریق فناوری باتری قابل شارژ با نرخ بالا، مردم از وسایل نقلیه الکتریکی و دستگاه‌های تلفن همراه خود به راحتی لذت خواهند برد، زیرا استفاده از منابع تجدیدپذیر در دسترس بودن محصولات را برای مدت طولانی حفظ می‌کند.
قابل توجه ژاپونی ها و چینی های عزیز! یه معدن بزرگ لیتیوم در همدان واستون کشف کردیم. 
