นักวิทยาศาสตร์เกาหลีใต้พัฒนาฟิล์มแยกประเภทโพลิเมอร์เหลวใหม่ เพิ่มความเร็วและความเสถียรของแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัล

นักวิทยาศาสตร์เกาหลีใต้ได้เปิดเผยฟิล์มโพลิเมอร์เหลวใหม่ ซึ่งสามารถรักษาความจุได้ถึง 94% หลังจากการทดสอบแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัล 100 รอบการชาร์จและการปล่อย โดยมีอัตราการชาร์จที่ 4C ฟิล์มนี้ถูกสร้างขึ้นโดยทีมวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งเกาหลี (KAIST) รายงานระบุว่าเทคโนโลยีนี้มีแนวโน้มที่จะปรับปรุงความเสถียรและความเร็วในการชาร์จของแบตเตอรี่ ทำให้ผู้ขับขี่สามารถชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าได้ในเวลาเพียง 15 นาที การวิจัยนี้นำโดยศาสตราจารย์ Dong Ki Yoon และ Hye Ryung Byon จากภาควิชาเคมีของ KAIST

พวกเขากล่าวว่า "แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลสามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่ทั่วไป อย่างไรก็ตาม ในระหว่างกระบวนการชาร์จ ลิเธียมจะสะสมอยู่ที่พื้นผิวของอิเล็กโทรด形成โครงสร้างแหลมที่เรียกว่า 'ผลึกแบบต้นไม้'

นวัตกรรมฟิล์มโพลิเมอร์เหลว

ในฟิล์มนี้ นักวิจัยใช้โพลิเมอร์เหลวในการควบคุมการเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมในแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัล ศาสตราจารย์ Yoon และศาสตราจารย์ Byon เชื่อว่าผลการวิจัยของพวกเขาจะช่วยแก้ปัญหาการส่งผ่านไอออนที่ช้าและการเกิดผลึกแบบต้นไม้ ข้อดีของแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลคือสามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่ทั่วไป แต่ในระหว่างการชาร์จ ลิเธียมจะสะสมที่พื้นผิวของอิเล็กโทรดและ形成ผลึกแบบต้นไม้ ซึ่งคริสตัลโลหะขนาดเล็กเหล่านี้จะเติบโตบนอิเล็กโทรด อาจทำให้ฟิล์มแยกเกิดความเสียหาย ส่งผลให้เกิดการลัดวงจรและเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมวิจัยได้สร้างฟิล์มแยกที่มีรูพรุนทำจากโพลิเมอร์เหลว ซึ่งมีโครงสร้างที่เป็นระเบียบคล้ายของแข็ง แต่ยังคงมีคุณสมบัติของของเหลว ในโครงการนี้ ทีมงานได้รวมสายโพลิเอทิลีนไกลคอล (PEG) เข้าไปในวัสดุเพื่อส่งเสริมการเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียม นักวิทยาศาสตร์ได้ติดตามการจัดเรียงของโมเลกุลเหลว โดยจัดเรียงในแนวตั้งหรือแนวนอนเพื่อตรวจสอบว่าทิศทางมีผลต่อการเคลื่อนที่ของไอออนอย่างไร ฟิล์มที่จัดเรียงในแนวตั้งให้ช่องทางตรงสำหรับไอออนลิเธียม ลดความซับซ้อนของเส้นทางการส่งผ่านไอออนประมาณ 2.5 เท่าเมื่อเปรียบเทียบกับฟิล์มที่จัดเรียงในแนวนอน ทำให้การเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมรวดเร็วและสม่ำเสมอยิ่งขึ้น

ผลกระทบต่อเทคโนโลยีแบตเตอรี่ในอนาคต

นอกจากนี้ การออกแบบนี้ยังช่วยลดการเกิดผลึกแบบต้นไม้และปรับปรุงความเสถียรของแบตเตอรี่ ในที่สุด นักวิจัยได้ทดสอบฟิล์มนี้ในแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลที่ใช้งานอยู่เพื่อประเมินประสิทธิภาพของมัน สิ่งที่ทำให้พวกเขาประหลาดใจคือแบตเตอรี่ยังคงรักษาความจุเริ่มต้นได้ถึง 94% หลังจาก 100 รอบการชาร์จและการปล่อย สั้นๆ ว่า อัตราการชาร์จที่ 4C หมายความว่าแบตเตอรี่สามารถชาร์จเต็มได้ในเวลา 15 นาที ตามคำกล่าวของทีม การควบคุมการจัดเรียงของโมเลกุลมีแนวโน้มที่จะทำให้การชาร์จแบตเตอรี่เร็วขึ้นและยืดอายุการใช้งาน โดยไม่ส่งผลกระทบต่อความปลอดภัย ศาสตราจารย์ Yoon เน้นย้ำถึงความสำคัญของการค้นพบนี้ต่อการพัฒนาแบตเตอรี่ในอนาคต

เขากล่าวว่า การจัดเรียงโมเลกุลมีบทบาทสำคัญต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ "เราคาดว่าวิธีนี้จะช่วยส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่รุ่นถัดไปที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง ซึ่งการเดินทางระยะไกลและการชาร์จอย่างรวดเร็วเป็นข้อกำหนดที่จำเป็น" เขาเสริมในข่าวประชาสัมพันธ์ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าวิธีนี้จะช่วยพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าในอนาคต โดยการชาร์จอย่างรวดเร็วและระยะทางที่ยาวนานเป็นสิ่งสำคัญ อย่างไรก็ตาม การทดสอบเพิ่มเติมจะเผยให้เห็นถึงผลกระทบของเทคโนโลยีนี้ในแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร ACS Nano