پژوهشگران کره‌جنوبی با رفع محدودیت‌های آسیب‌رسان به سطوح لیتیوم، لایه‌ای پایدار ایجاد کردند که از انفجار باتری‌های لیتیومی جلوگیری می‌کند.
فناوری چاپ انتقالی پیشرفته محققان کره‌جنوبی، لایه‌های محافظ نازکی روی سطوح فلز لیتیوم ایجاد می‌کند تا مشکل قدیمی دندریت که به باتری‌های لیتیومی آسیب می‌زند، برطرف شود.
گروهی از پژوهشگران کره‌جنوبی به سرپرستی دکتر جونگدون سوک از «مرکز تحقیقات باتری پیشرفته» در موسسه تحقیقات فناوری شیمیایی کره جنوبی (KRICT)، با موفقیت لایه‌های محافظ هیبریدی متشکل از پلیمرهای جامد و سرامیک را با استفاده از فرآیند چاپ انتقالی بدون حلال روی فلز لیتیوم منتقل کردند. برخلاف روش‌های پوشش مرطوب مرسوم، این روش امکان ایجاد پوشش یکنواخت روی مناطق بزرگ را بدون آسیب رساندن به سطح واکنش‌پذیر لیتیوم فراهم می‌کند و گامی مهم به سوی قابلیت تجاری‌سازی است.
باتری‌های لیتیوم-فلزی به عنوان نسل بعدی سیستم‌های ذخیره انرژی، گرافیت را با فلز لیتیوم به عنوان آند جایگزین می‌کنند. این آندها با ظرفیت ده برابر باتری‌های لیتیوم-یون مرسوم، ماده کلیدی در باتری‌های حالت جامد و لیتیوم-سولفور هستند که نیازمند چگالی انرژی بالا هستند. با این حال، رشد دندریت در طول چرخه‌های شارژ و دشارژ، نگرانی‌های ایمنی مانند اتصال کوتاه و خطر آتش‌سوزی را افزایش داده و طول عمر باتری را محدود می‌کند. علاوه بر این، روش‌های سنتی پوشش‌دهی مرطوب مبتنی بر حلال‌های آلی، باعث ناخالصی‌ها و آسیب‌های سطحی شده و تولید در مقیاس بزرگ را پیچیده می‌کند.
پژوهشگران دو نوع لایه محافظ توسعه دادند: یکی لایه دوگانه متشکل از آلومینا و طلا و دیگری لایه هیبریدی شامل اجزای سرامیکی و پلیمری. این لایه‌ها با روش چاپ انتقالی روی فلز لیتیوم لمینت شدند که اولین کاربرد این روش در این حوزه است. در این روش، لایه محافظ ابتدا روی زیرلایه جداگانه‌ای شکل می‌گیرد و سپس با فشار به لیتیوم منتقل می‌شود که بدون نیاز به حلال‌ها، آسیب به لیتیوم را به حداقل می‌رساند و یکنواختی و تکرارپذیری فرآیند را افزایش می‌دهد.
مطالعات پیشین نشان دادند که لایه دوگانه به طور موثری رشد دندریت را کنترل کرده و با استحکام مکانیکی و کاهش مقاومت سطحی، چرخه پایدار را حفظ می‌کند. این پژوهش اولین بار چاپ انتقالی را به عنوان راهکاری برای مقابله با بی‌ثباتی سطح و محدودیت‌های پوشش مرطوب معرفی کرده است.
اعضای این گروه پژوهشی بر اساس نتایج خود، روشی برای انتقال لایه‌های محافظ هیبریدی انعطاف‌پذیر و رسانای یونی در سطحی به ابعاد ۲۴۵×۵۰ میلی‌متر با ضخامت پنج میکرومتر ارائه دادند. این لایه‌ها رشد دندریت را سرکوب کرده و شار یونی لیتیوم را در رابط الکترود و الکترولیت به طور یکنواخت توزیع می‌کنند که عملکرد چرخه‌ای پایدار را ممکن می‌سازد. قابلیت انتقال یکنواخت لایه‌های محافظ با ابعاد بزرگ، گامی مهم در پیشرفت فناوری و مقیاس‌پذیری برای تجاری‌سازی است.
در آزمایش‌ها، آند لیتیومی محافظت‌شده هیبریدی پس از ۱۰۰ چرخه شارژ و دشارژ توانست ۸۱.۵ درصد ظرفیت خود را حفظ کند. پژوهشگران امیدوارند این نوآوری کاربردهای عملی باتری‌های لیتیوم-فلز را در وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم‌های ذخیره انرژی پرانرژی سرعت بخشد. همچنین، این فناوری ممکن است به باتری‌های حالت جامد و لیتیوم-سولفور نیز گسترش یابد و به توسعه نسل بعدی پلتفرم‌های باتری کمک کند.
دکتر سوک این پژوهش را ترکیبی از مواد محافظ جدید و فرآیند چاپ انتقالی مقیاس‌پذیر برای حل مشکلات بی‌ثباتی سطح و محدودیت‌های پوشش مرطوب در باتری‌های لیتیوم-فلز خواند.
دکتر یانگ-کوک لی، رئیس موسسه تحقیقات فناوری شیمیایی کره جنوبی، این روش را یکی از عملی‌ترین راهکارها برای فعال‌سازی باتری‌های لیتیوم-فلز با چگالی انرژی بالا دانست که می‌تواند رقابت‌پذیری کره جنوبی در صنعت جهانی باتری را افزایش دهد.
منبع: ایسنا
