محققان در پژوهشی جدید مکانیسمی را شناسایی کرده‌اند که باتری را تخریب و عمر آن را کاهش می‌دهد. آنها می‌گویند با اجتناب از تخلیه کامل شارژ می‌توان عمر باتری‌های لیتیوم یون با نیکل بالا را تا 19 برابر افزایش داد.

براساس گزارش SciTechDaily، محققان دانشگاه علم و فناوری پوهانگ (POSTECH) در کره جنوبی مکانیسمی در باتری‌های لیتیوم یون کشف کرده‌اند که این باتری‌ها را تخریب می‌کند. تاکنون، کاهش عمر و عملکرد این باتری‌ها در وهله اول به شارژ بیش‌ازحد نسبت داده می‌شد اما محققان بر فرایند تخلیه و عدم شارژ تمرکز کرده‌اند.

راهکار جدید محققان برای افزایش عمر باتری

باتری‌های لیتیوم یون که در وسایل نقلیه الکتریکی از آنها زیاد استفاده می‌شود، معمولاً کاتدهای سه‌تایی نیکل-منگنز-کبالت (NMC) دارند. شرکت‌های سازنده برای کاهش هزینه‌های تولید به‌سمت استفاده از کاتدهایی با محتوای نیکل بالاتر و کبالت کمتر رفته‌اند اما این رویکرد اغلب به‌ قیمت کاهش طول عمر باتری تمام می‌شود؛ زیرا سطح بالای نیکل عمر چرخه کلی باتری را کم می‌کند.

افزایش عمر باتری

محققان برای بررسی علت‌های کاهش عمر باتری روی مکانیسم تخلیه شارژ تمرکز کردند. آنها دریافتند وقتی باتری مدتی طولانی شارژ نشود، پدیده‌ای به نام «واکنش شبه-تبدیل» (quasi-conversion reaction) در سطح کاتد رخ می‌دهد. در این واکنش، اکسیژن از سطح خارج و با لیتیوم ترکیب می‌شود تا حین تخلیه، به‌ویژه حدود 3.0 ولت، اکسید لیتیوم (Li₂O) تشکیل دهد. این ترکیب با الکترولیت واکنش می‌دهد و گاز به وجود می‌آورد و تخریب باتری را تسریع می‌کند.

محققان می‌گویند واکنش شبه‌تبدیل در کاتدهای دارای نیکل بالا شدیدتر است. آنها تأیید می‌کنند وقتی از حداکثر ظرفیت باتری‌ها استفاده می‌شود، بروز اثرات فرایند تخریب، ازجمله تورم باتری، به‌صورت فزاینده‌ای افزایش می‌یابد.

محققان در پژوهش خود راه‌حلی ساده اما مؤثر پیشنهاد داده‌اند. آنها با بهینه‌سازی مصرف باتری و جلوگیری از تخلیه کامل عمر چرخه‌ها را 19 برابر افزایش دادند. در آزمایش‌هایی با باتری‌های دارای نیکل بالا (حاوی بیش از 90 درصد نیکل)، باتری‌هایی که تقریباً کامل تخلیه شده بودند و واکنش شبه‌تبدیل در آنها شروع شده بود، فقط 3.8 درصد از ظرفیت خود را پس از 250 چرخه حفظ کردند. درحالی‌که باتری‌هایی با مصرف کنترل‌شده 73.4 درصد ظرفیت خود را حتی پس از 300 چرخه حفظ کردند.

پروفسور «جیهیون هونگ» (Jihyun Hong)، سرپرست این پژوهش، می‌گوید: «تأثیر تخلیه باتری [بر عمر آن] تاکنون تا حد زیادی نادیده گرفته شده بود. این تحقیق مسیر مهمی را برای توسعه باتری‌هایی با دوام بیشتر ارائه می‌دهد.»

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Advanced Energy Materials منتشر شده است.