แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถยืดอายุการใช้งานได้โดยเติมธาตุไฮโดรเจนหรือไม่?

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - ପୋର୍ଟେବଲ୍ ପାୱାର ଷ୍ଟେସନ୍ ଯୋଗାଣକାରୀ

นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Raunns Rifo Moore (LLNL) พบว่าความจุของแบตเตอรี่สามารถปรับปรุงได้อย่างมากตราบใดที่มีการเพิ่มธาตุไฮโดรเจนเข้าไปในอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งจะช่วยยืดเวลาการทำงานและเร่งการทำงานของระบบส่งกำลัง แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่ชนิดชาร์จไฟได้ โดยลิเธียมไอออนจะถูกเคลื่อนออกจากแบตเตอรี่ไปยังขั้วบวกในระหว่างการคายประจุ และลิเธียมไอออนของขั้วบวกจะถูกเคลื่อนกลับไปยังขั้วลบในระหว่างการชาร์จ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่ชนิดชาร์จไฟได้ โดยลิเธียมไอออนจะถูกเคลื่อนออกจากแบตเตอรี่ไปยังขั้วบวกในระหว่างการคายประจุ และลิเธียมไอออนของขั้วบวกจะถูกเคลื่อนกลับไปยังขั้วลบในระหว่างการชาร์จ

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีคุณลักษณะสำคัญหลายประการ แรงดันไฟ และความหนาแน่นของพลังงาน ประสิทธิภาพของคุณลักษณะเหล่านี้จะถูกกำหนดโดยการรวมกันของไอออนลิเธียมและวัสดุอิเล็กโทรด ในโครงสร้างของอิเล็กโทรด การเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในด้านเคมีและรูปร่างอาจส่งผลอย่างมากต่อพันธะที่แข็งแรงของไอออนลิเธียมกับพันธะที่แข็งแรงนั้น จากการทดลองและการคำนวณ นักประดิษฐ์ด้านการวิจัยของ Livermore National Lab พบว่าในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อิเล็กโทรดโฟมกราฟีนที่ผ่านการบำบัดไฮโดรเจนแสดงให้เห็นถึงความจุที่สูงขึ้นและความสามารถในการส่งผ่านที่เร็วขึ้น

Morriswang นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุของ LLNL กล่าวว่า "ผลการค้นพบเหล่านี้ให้การวิเคราะห์เชิงคุณภาพ ซึ่งช่วยในการออกแบบอิเล็กโทรดกำลังสูงที่ทำจากวัสดุกราฟีน" เขายังเป็นหนึ่งในผู้เขียนผลงานนี้ซึ่งตีพิมพ์ใน Natural Science Report (วารสาร NatureScientificReports) อีกด้วย วัสดุแกลลีนในการประยุกต์ใช้เชิงพาณิชย์ขององค์ประกอบการกักเก็บพลังงาน รวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อความสามารถในการผลิตวัสดุนี้ด้วยต้นทุนต่ำ

วิธีการสังเคราะห์ทางเคมีที่ใช้กันทั่วไปจะทิ้งอะตอมไฮโดรเจนจำนวนมากในที่สุด ซึ่งยากที่จะระบุผลกระทบของประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของกราฟีน การทดลองในห้องปฏิบัติการ Livermore พบว่าธาตุไฮโดรเจนช่วยปรับปรุงการปรับอุณหภูมิพื้นฐานของกราฟีนที่อุดมด้วยเมล็ดพืชได้ดีขึ้น ซึ่งสามารถปรับปรุงความจุอัตราได้จริง หลังจากข้อบกพร่องของธาตุไฮโดรเจนและข้อบกพร่องของกราฟีน รูพรุนที่เล็กกว่าจะเปิดขึ้น ซึ่งสามารถส่งเสริมให้ไอออนลิเธียมถูกเจาะทะลุได้ง่ายขึ้น จึงปรับปรุงอัตราการส่งผ่านได้

สามารถจัดหาความจุแบบหมุนเวียนได้มากขึ้นผ่านลิเธียมไอออนที่ติดอยู่กับขอบใหม่ (ซึ่งมีแนวโน้มที่จะยึดติดกับธาตุไฮโดรเจนมากที่สุด) “การปรับปรุงประสิทธิภาพของอิเล็กโทรดถือเป็นความก้าวหน้าสำคัญที่สามารถเปิดโอกาสให้นำไปประยุกต์ใช้จริงได้มากขึ้น” นักวิจัยหลังปริญญาเอกจาก Livermore Laboratory Materials Science และผู้เขียนบทความวิจัยคนสำคัญกล่าว เพื่อนำไปประยุกต์ใช้ในการประยุกต์ใช้ไฮโดรจิเนชันและข้อบกพร่องของไฮโดรจิเนชันในคุณสมบัติในการจัดเก็บไอออนลิเธียมของกราฟีน นักวิจัยได้ใช้เงื่อนไขการอบด้วยความร้อนที่แตกต่างกันซึ่งสัมผัสกับธาตุไฮโดรเจนที่จับ โดยเน้นที่คุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าของนาโนโฟมกราฟีน 3 มิติ (GNF)

ประกอบด้วยกราฟีนที่มีข้อบกพร่อง นักวิจัยใช้โฟมนาโนกราไฟต์ 3 มิติเนื่องจากมีการนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย เช่น การกักเก็บไฮโดรเจน การเร่งปฏิกิริยา การกรอง การป้องกันความร้อน การดูดซับพลังงาน การแยกเกลือออกจากกันด้วยความจุ ซูเปอร์คาปาซิเตอร์ และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เป็นต้น ลักษณะเฉพาะของกาวโฟม 3 มิติแบบกราฟีนที่ไม่ยึดติดนั้นไม่ซับซ้อนมากนัก เนื่องจากสารเติมแต่งมีความซับซ้อนมากขึ้น จึงสามารถใช้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการวิจัยกลไกได้

"เราพบว่าหลังจากการบำบัดธาตุไฮโดรเจนแล้ว อิเล็กโทรดโฟมโอเลอิกกราไฟต์ก็มีความก้าวหน้าอย่างมาก" ด้วยการรวมกันของการทดลองนี้ เราจะติดตามปฏิสัมพันธ์ที่ละเอียดอ่อนและความคืบหน้าระหว่างข้อบกพร่องและสารละลายไฮโดรเจน เพื่อตอบสนองต่อผลลัพธ์ของการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในเคมีและสัณฐานวิทยาของกราฟีน อาจนำมาซึ่งผลกระทบที่สำคัญที่น่าประหลาดใจต่อประสิทธิภาพ "นักวิจัย LLNL ยังมีผู้เขียนอีกคนในการศึกษานี้" Brandonwood

ตามการศึกษาครั้งนี้ การบำบัดองค์ประกอบไฮโดรเจนที่ควบคุมนี้ยังสามารถนำไปใช้กับวัสดุขั้วบวกอื่นๆ ที่ใช้กราฟีนเพื่อให้ได้การส่งผ่านลิเธียมไอออนและการใช้งานในการจัดเก็บแบบรีไซเคิลที่เหมาะสมที่สุด