ارتقای ایمنی باتری‌ها با کمک گرافن

به گزارش ایسنا، محققان دانشگاه سوانسی با همکاری دانشگاه صنعتی ووهان چین و دانشگاه شنژن، روشی برای تولید کلکتورهای جریان ارائه کردند که در آن از گرافن استفاده شده و می‌تواند ایمنی و عملکرد باتری‌های لیتیوم یون (LIBs) را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

آنها اولین پروتکل موفق برای ساخت فویل‌های گرافن بدون نقص در مقیاس تجاری را ارائه کردند. این فویل‌ها رسانایی حرارتی عالی داشته که تقریباً ۱۰ برابر بیشتر از کلکتورهای جریان مس و آلومینیوم سنتی موجود در LIB ها است.

دانشمندان توضیح می‌دهند که روش آنها امکان تولید جمع‌کننده‌های جریان گرافنی را در مقیاس و کیفیتی فراهم می‌کند که می‌تواند به راحتی در تولید باتری‌های تجاری ادغام شود که نه تنها ایمنی باتری را با مدیریت مؤثر گرما بهبود می‌بخشد، بلکه چگالی انرژی و طول عمر را نیز افزایش می‌دهد.

یکی از مهم‌ترین نگرانی‌ها در توسعه LIB‌های پرانرژی، به‌ویژه آنهایی که در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شوند، فرار حرارتی است؛ فرآیندی خطرناک که در آن گرمای بیش از حد منجر به از کار افتادن باتری، اغلب منجر به آتش‌سوزی یا انفجار می‌شود. جمع‌کننده‌های جریان گرافنی که به تازگی طراحی شده‌اند، با اتلاف مؤثر گرما و جلوگیری از واکنش‌های گرمازا که منجر به فرار حرارتی می‌شوند، این خطر را کاهش می‌دهند.

این تیم اظهار کرد که ساختار گرافن متراکم و هم‌تراز، 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.

گفته می‌شود که این فرآیند جدید توسعه‌یافته یک راه‌حل مقیاس‌پذیر است که می‌تواند فویل‌های گرافن را در طول‌های مختلف از چند متر تا مقیاس کیلومتری تولید کند. محققان برای اثبات عملکرد این سیستم، یک فویل گرافنی به طول ۲۰۰ متر با ضخامت ۱۷ میکرومتر تولید کردند. این فویل حتی پس از بیش از ۱۰۰ هزار بار خم شدن، رسانایی الکتریکی بالای خود را حفظ می‌کند و برای استفاده در الکترونیک انعطاف‌پذیر و سایر کاربردهای پیشرفته ایده‌آل است.

این رویکرد جدید همچنین امکان تولید فویل‌های گرافنی با ضخامت‌های قابل تنظیم را فراهم می‌کند که می‌تواند منجر به باتری‌های کارآمدتر و ایمن‌تر شود.

به نقل از ستاد نانو، این تیم با تلاش‌های مداوم برای کاهش ضخامت ورق‌های گرافن و افزایش بیشتر خواص مکانیکی آنها، برای اصلاح این فرآیند کار خواهد کرد، همچنین کاربرد این ماده جدید را فراتر از باتری‌های لیتیوم یون، مانند باتری‌های جریان ردوکس و باتری‌های یون سدیم بررسی خواهد کرد.