به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، یک مانع عمده در مسیر دستیابی به باتری‌های پاک‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر، اتکا به فلزات گران‌قیمت و کمیابی مانند کبالت و نیکل بوده است.
این عناصر، کاتد‌های اکثر باتری‌های لیتیوم-یونی را تغذیه می‌کنند، اما هزینه‌های زیست‌محیطی، اخلاقی و مالی به همراه دارند.
اکنون، محققان دانشگاه مک‌گیل، با همکاری دانشمندانی از ایالات متحده و کره جنوبی، روش جدیدی برای تولید مواد کاتدی با کارایی بالا ابداع کرده‌اند که می‌تواند نیاز به کبالت و نیکل را به طور کلی از بین ببرد.
این دستاورد آنها روشی مقیاس‌پذیر و با بهره‌وری انرژی بالا برای تولید کاتد‌های «نمک سنگ نامنظم» (DRX) ارائه می‌دهد، جایگزینی که مدت‌هاست نویدبخش بوده، اما صنعتی‌سازی آن دشوار بوده است.
فرآیند نمک مذاب، دقت را افزایش می‌دهد یک روش نمک مذاب دو مرحله‌ای در قلب موفقیت این تیم نهفته است.
با کنترل محیطی که ذرات DRX در آن تشکیل می‌شوند، محققان به هسته‌زایی تنظیم‌شده و به دنبال آن رشد محدود دست یافتند و ذرات یکنواخت و بسیار بلوری با اندازه کمتر از ۲۰۰ نانومتر تولید کردند.
جین‌هیوک لی، نویسنده‌ی مسئول این مطالعه و استادیار دانشکده‌ی مهندسی معدن و مواد دانشگاه مک‌گیل، گفت: روش ما امکان تولید انبوه کاتد‌های DRX را با کیفیت ثابت فراهم می‌کند که برای استفاده از آنها در خودرو‌های الکتریکی و ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر ضروری است.
این رویکرد نیاز به مراحل سنگ‌زنی یا پس‌پردازش را که قبلاً تولید DRX را ناکارآمد و ناپایدار می‌کرد، از بین می‌برد.
لی افزود: ما اولین روشی را برای سنتز مستقیم ذرات منفرد DRX با بلورینگی بالا و پراکندگی یکنواخت، بدون نیاز به آسیاب کردن پس از سنتز، توسعه دادیم.
این کنترل ریخت‌شناسی، هم عملکرد باتری و هم ثبات تولید کاتد DRX در مقیاس بزرگ را افزایش می‌دهد.
در آزمایش‌ها، باتری‌های ساخته شده با استفاده از مواد جدید DRX، ۸۵ درصد از ظرفیت خود را پس از ۱۰۰ چرخه شارژ-دشارژ حفظ کردند که بیش از دو برابر دوام ذرات DRX قبلی ساخته شده با روش‌های مرسوم است.
به نظر می‌رسد یکنواختی ذرات و ساختار کریستالی، تقویت‌کننده‌های کلیدی عملکرد باشند.
مقایسه روش‌های سنتز مواد باتری سنتی و نمک مذاب، نشان دهنده تفاوت‌های ساختاری و اندازه در نمونه‌های ذرات. منبع – ارتباطات طبیعت
نکته مهم این است که کاتد‌های DRX نیاز به نیکل و کبالت را از بین می‌برند و آنها را از نظر زیست‌محیطی و اخلاقی پایدارتر می‌کنند.
هر دو فلز با شیوه‌های استخراج بحث‌برانگیز و زنجیره‌های تأمین جهانی ناپایدار مرتبط هستند. نوآوری به رهبری مک‌گیل می‌تواند نقش محوری در کاهش وابستگی صنعت به آنها داشته باشد.
از آزمایشگاه تا بازار این پروژه با همکاری آزمایشگاه شتاب‌دهنده ملی SLAC دانشگاه استنفورد و موسسه پیشرفته علوم و فناوری کره (KAIST) انجام شده است.
همچنین از Wildcat Discovery Technologies، یک شرکت باتری مستقر در ایالات متحده که اکنون به دنبال گسترش روش جدید تولید DRX است، حمایت دریافت کرد.
هدی احمد، نویسنده‌ی اصلی مقاله و دانشجوی دکترا در دانشکده‌ی مهندسی مواد دانشگاه مک‌گیل، گفت: پذیرش کار ما، هم بینش بنیادی و هم پتانسیل صنعتی این روش را برجسته می‌کند. این امر، این حوزه را به سمت تولید مقیاس‌پذیر سوق می‌دهد.
با این تکنیک جدید، مسیر رسیدن به نسل بعدی باتری‌های لیتیوم -یونی، ارزان‌تر، سبزتر و با تولید انبوه آسان‌تر، بسیار واقع‌بینانه‌تر شده است.
این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.