بهبود ایمنی و دوام باتری‌های لیتیم یون با کمک کلکتور گرافنی
محققان با دستاوردهای اخیر در توسعه باتری‌های نانویی، گام بلندی در مسیر افزایش ظرفیت و ایمنی باتری خودروهای الکتریکی برداشته‌اند. این دستاوردها به طور قابل توجهی ایمنی و عملکرد باتری لیتیوم یون را بهبود می‌بخشد و چالش‌های موجود در فناوری ذخیره‌سازی انرژی را برطرف می‌کند.
محققان دانشگاه سوانسی با همکاری پژوهشگران دانشگاه صنعتی ووهان و دانشگاه شنژن، روشی موفقیت‌آمیز برای تولید کلکتورهای جریان گرافنی در مقیاس بزرگ ایجاد کرده‌اند. این پیشرفت جدید می‌تواند به طور قابل توجهی ایمنی و عملکرد باتری لیتیوم یون (LIB) را بهبود بخشد و چالش‌های حیاتی در فناوری ذخیره‌سازی انرژی را برطرف کند.
نتایج این یافته‌ها که در Nature Chemical Engineering منتشر شده است، اولین رویکرد موفق برای ایجاد فویل‌های گرافن بدون نقص در مقیاس تجاری را نشان می‌دهد، دستاوردی که می‌تواند آینده فناوری باتری را تغییر دهد.
گرافن، ماده‌ای که به دلیل خواص استثنایی آن شناخته شده است، اکنون نوید رسانایی گرمایی فوق‌العاده را در کلکتورها می‌دهد. فویل‌های گرافن توسعه‌یافته توسط این تیم می‌توانند گرما را تا ۱۴۰۰٫۸ W m-۱ K-۱ منتقل کنند که تقریباً ۱۰ برابر بیشتر از کلکتورهای جریانی از جنس مس و آلومینیوم مورد استفاده در باتری‌های لیتیوم یونی است.
این رسانایی افزایش یافته نقش مهمی در مدیریت مؤثر گرمای شدید تولید شده در باتری‌های لیتیوم یونی پر انرژی، مانند باتری‌های مورد استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی ایفا می‌کند.
دکتر روی‌تان، یکی از محققان این پروژه از دانشگاه سوانسی، اهمیت این پیشرفت را برجسته می‌کند و می‌گوید: روش ما امکان تولید جمع‌کننده‌های جریان گرافن را در مقیاس بالا و کیفیتی مناسب فراهم می‌کند که به راحتی در تولید باتری‌های تجاری ادغام شوند.
این نتایج نه تنها ایمنی باتری را با مدیریت مؤثر گرما بهبود می‌بخشد، بلکه تراکم انرژی و طول عمر را نیز افزایش می‌دهد. با جایگزینی کلکتورهای فلزی سنتی، با کلکتورهای مبتنی بر گرافن به وسیله جلوگیری از تجمع گرمای شدید که می‌تواند منجر به خرابی باتری و حتی آتش‌سوزی یا انفجار شود، جایگزین مطمئن‌تری برای تولید باتری ارائه می‌شود.
دکتر جین لونگ یانگ از دانشگاه شنژن، توضیح می‌دهد: ساختار متراکم و تراز گرافن ما مانعی محکم در برابر تشکیل گازهای قابل اشتعال ایجاد می‌کند و از نفوذ اکسیژن به سلول‌های باتری جلوگیری می‌کند که برای جلوگیری از خرابی‌های فاجعه‌بار بسیار مهم است.
فراتر از مدیریت حرارت، این فویل‌های گرافنی دوام قابل توجهی از خود نشان می‌دهند. محققان در این پروژه یک فویل گرافنی به طول ۲۰۰ متر با ضخامت تنها ۱۷ میکرومتر تولید کردند. این فویل حتی پس از ۱۰۰ هزار بار خم شدن، رسانایی الکتریکی بالایی را حفظ کرد و انعطاف‌پذیری خوبی را به نمایش می‌گذارد. چنین دوامی باعث می‌شود که این ماده نه تنها برای باتری‌ها بلکه برای الکترونیک انعطاف‌پذیر و سایر کاربردهای پیشرفته نیز مناسب باشد. باتری‌های ساخته شده با این فویل‌ها، اتلاف گرمای سریع‌تری را از خود نشان می‌دهند.
