بررسی باتریهای حالت جامد

0 رای با میانگین امتیاز 0
بررسی باتریهای حالت جامد

بررسی باتریهای حالت جامد

بررسی باتریهای حالت جامد در سال‌های اخیر تلاش‌ها در زمینه تحقیق بر روی باتری‌هایی با دانسیته انرژی بالا که قادر به پاسخگویی به خواسته‌های بازار در زمینه دستگاه‌های قابل حمل هستند به سرعت در حال گسترش است. باتری‌های لیتیوم یون (LIBs) به دلیل تراکم انرژی نسبتاً بالاتر نسبت به همنوعان خود، توانسته‌اند بازار دستگاه‌های قابل حمل (EVs) را پشتیبانی کنند ولی LIB های سنتی با الکترولیت‌های مایع آلی دارای اشکالاتی از جمله مسائل ایمنی و تراکم پایین انرژی می‌باشند. 

در این راستا انگیزه جهانی در زمینه تحقیق و توسعه باتری‌های حالت جامد (ASSB) که از الکترولیت‌های جامد (SE) به منظور دستیابی به ایمنی بهتر، قدرت بالاتر و چگالی انرژی و همچنین عملکرد گسترده‌تر، استفاده می کنند متمایل است. با وجود اینکه ایده وجود باتری­های حالت جامد برای دهه‌ها وجود داشته است، پیشرفت در توسعه آنها به تازگی آغاز شده است، در حال حاضر با سرمایه گذاری شرکت‌های الکترونیکی، سازندگان اتومبیل و ارائه دهندگان صنایع عمومی در زمینه باتری‌های حالت جامد تجاری سازی این تکنولوژی در حال پیشرفت است. در اواخر دهه 1950، چندین سیستم الکتروشیمیایی برای اولین بار از الکترولیت‌های جامد استفاده کردند. آنها از یون نقره به عنوان الکترولیت بهره بردند ولی دارای برخی ویژگی‌های نامطلوب، از جمله چگالی انرژی پایین و مقاومت داخلی بالا بودند. در دهه 1990 نوع جدیدی از الکترولیت‌های حالت جامد که توسط آزمایشگاه ملی اوک ریج ساخته شد، بوجود آمد که سپس برای ساخت باتری‌های لیتیوم یون با لایه نازک استفاده شد. همزمان با پیشرفت فناوری به هزاره جدید، محققان و شرکت‌های فعال در صنعت خودرو و حمل و نقل علاقه زیادی به فناوری‌های باتری حالت جامد از خود نشان دادند. مجموعه‌ای از پیشرفت‌های فنی در سال 2013 صورت گرفت. محققان دانشگاه کلرادو بولدر از تولید یک باتری لیتیوم حالت جامد، با یک کاتد کامپوزیتی جامد مبتنی بر گوگرد و آهن  خبر دادند که ظرفیت انرژی بالایی از خود نشان میداد. و سپس در سال 2014، محققان استارتاپ Sakti3 از ساخت باتری لیتیوم یون حالت جامد خود خبر دادند و ادعا کردند که این باتری‌ها چگالی انرژی بالایی در مقابل هزینه کم تولید داشته‌اند و پس از آن لوازم خانگی سازنده Dyson استراتژیک Sakti3 را به مبلغ 90 میلیون دلار خریداری کرد. در سال 2017، جان گودنوف، مخترع باتری‌های لیتیوم یون، با استفاده از یک الکترولیت شیشه‌ای و یک آند فلز قلیایی متشکل از لیتیوم، سدیم یا پتاسیم، از یک باتری حالت جامد رونمایی کرد و در اواخر همان سال، تویوتا تعمیق همکاری چندین دهه خود با پاناسونیک، از جمله همکاری در باتری‌های حالت جامد را اعلام کرد. علاوه بر تویوتا برخی دیگر از شرکت‌های بزرگ سازنده خودرو مانند بی ام و ، هوندا، هیوندا موتور و نیسان در زمینه توسعه فن آوری‌های باتری حالت جامد ، به سرعت به لیست در شرکت‌های در حال رشد درآمدند. تحولات عمده در حوزه باتری‌های حالت جامد تا سال 2018 ادامه داشت. در آن سال، زمانی که تیم تحقیقاتی دانشگاه کلورادو بولدر در زمینه باتری‌های حالت جامد شروع به کار کرد، 20 میلیون دلار بودجه از سامسونگ و هیوندای دریافت کرد تا یک خط تولید کوچک ایجاد کند. QuantumScape، یکی دیگر از استارت آپ‌های باتری حالت جامد که از یک گروه تحقیقاتی دانشگاهی خارج شد (دانشگاه استنفورد) توجه سرمایه گذاران بزرگی مانند بیل گیس و فولکس واگن را در همان سال جلب کرد. چینگ تائو نیز اولین خط تولید باتری‌های حالت جامد چینی را با هدف اولیه تأمین SSB برای “تجهیزات ویژه و محصولات دیجیتال پیشرفته”در سال 2018 آغاز کرد. با این حال، این شرکت با چندین تولید کننده اتومبیل صحبت کرده است تا به طور بالقوه در فضای خودرو گسترش یابد. باتری­های حالت جامد مدتی است که وجود دارند، اما فقط برای دستگاه­های الکترونیکی کوچک مانند برچسب‌های RFID و ضربان سازهای قلب استفاده می‌شوند و در حالت فعلی خود قابل شارژ نیستند. به همین ترتیب کارهایی در حال انجام است که به آنها امکان می‌دهد دستگاه‌های بزرگتر را شارژ کرده و دوباره شارژ شوند. درک عمیق از مسائل روز و فن آوری‌های پیشرفته مانند فناوری باتری‌های حالت جامد برای پیشرفت در کاربردهای عملی این نوع باتری‌ها، نیازمند تحقیق و بررسی چگونگی عملکرد، چالش‌ها و مزایایی است که این باتری‌ها با آن مواجه هستند. در این گزارش به معرفی باتری‌های حالت جامد و اجزای تشکیل دهنده آنها و مزایا، چالش‌ها و روند بازار این گونه باتری‌ها پرداخته شده است.

اجزای تشکیل دهنده باتری‌های حالت جامد
باتری‌های حالت جامد همانند باتری‌های لیتیوم یون از کاتد، آند، جداکننده و الکترولیت تشکیل شده‌اند با این تفاوت که باتری‌های حالت جامد از الکترولیت جامد استفاده می‌کنند. همانطور که در شکل ۱ دیده می‌شود باتری لیتیوم یون، دارای یک جداکننده است که کاتد و آند را از هم جدا می‌کند و یک محلول الکترولیت مایع در اطراف کاتد و آند قرار گرفته است. در صورتی که در باتری حالت جامد، یک الکترولیت جامد همزمان نقش الکترولیت و جدا کننده را بازی می‌کند. باتری حالت جامد، به همان شیوه‌ی باتری‌های لیتیوم یون فعلی کار می‌کند، اما این تغییر در مواد تشکیل‌دهنده‌ی باتری است که موجب تغییر برخی از ویژگی‌های باتری حالت جامد نسبت به باتری لیتیوم یون، از جمله حداکثر ظرفیت ذخیره‌سازی، زمان شارژ، اندازه و ایمنی آن می‌شود. در باتری‌های لیتیون یون الکترولیت، مایع نمک لیتیوم است و یون‌ها درون مایع نمک لیتیوم از یک الکترود به سوی الکترود دیگر می‌روند و برعکس. حذف نمک مایع مزایای زیادی برای باتری‌های حالت جامد دارد.

موادکاتدی مورد استفاده در باتری‌های حالت جامد بیشتر بر پایه لیتیوم هستند. انواع آن شاملLiCoO۲ ، LiNi1/3Co1/3Mn1/3O۲ ، LiMn2O4 و LiNi۰.۸Co۰.۱۵Al۰.۰۵O۲ می‌باشد. یکی از مواد امیدوار کننده مواد کاتد Li-S است، که (به عنوان بخشی از یک سلول آند لیتیوم جامد / Li2S) دارای ظرفیت نظری خاص 1670 میلی آمپر ساعت در گرم  ، “ده برابر بزرگتر از مقدار موثر LiCoO2” است. گوگرد در کاربردهای الکترولیت مایع کاتد نامناسبی ایجاد می‌کند زیرا در اکثر الکترولیت‌های مایع محلول است و باعث کاهش چشمگیر طول عمر باتری می‌شود ولی می‌تواند در کاربردهای حالت جامد مورد مطالعه قرار گیرد. آندها تنوع بیشتری دارند و تحت تأثیر نوع الکترولیت قرار می‌گیرند. به عنوان مثال می توان به GexSi1 − x ، SnO – B۲O۳ ، SnS –P۲S۵ ، Li۲FeS۲ ، FeS ، NiP۲ و Li۲SiS۳  به عنوان مواد آندی مورد استفاده در باتری‌های حالت جامد اشاره کرد.

الکترولیت‌های جامد می‌توانند به دو دسته اصلی تقسیم شوند (شکل ۲):

الکترولیت‌های معدنی (IEs)
الکترولیت‌های آلی بر پایه پلیمرهای جامد (SPEs)
خاصیت سرامیکی بودن IEs آنها را تبدیل به مواد سختی با مدول یانگ بالا کرده است. در مقابل SPEs از پلیمر یا ژل پلیمر تشکیل شده‌اند و از لحاظ مکانیکی نرم با مدول یانگ پایین هستند. تفاوت عمده بین الکترولیت‌های جامد معدنی / سرامیکی و پلیمری خاصیت مکانیکی است. مدول الاستیک بالا از سرامیک‌ها آنها را برای سیستم­های باتری سفت و سخت مناسب‌تر می‌کند، در حالی که مدول الاستیک پایین از پلیمرها آنها را برای دستگاه های انعطاف پذیر مناسب‌تر می‌کند. پردازش پلیمرها نسبت به سرامیک‌ها آسان‌تر است و این باعث کاهش هزینه‌های ساخت این نوع از الکترولیت می‌شود. از طرفی سرامیک‌ها برای شرایط سخت محیطی مانند دمای بالا مناسب‌ترند.

الکترولیت‌های حالت جامد را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد: انواع آلی یا پلیمری، انواع غیر آلی یا سرامیکی و کامپوزیت‌های غیرآلی/پلیمری. سولفیدها، اکسیدها و فسفات‌ها سه دسته اصلی از الکترولیت‌های جامد غیر آلی یا سرامیکی هستند. لیتیوم فسفر اکسی نیترید (LiPON) از دسته فسفات­ها به صورت معمول در باتری‌های حالت جامد استفاده می‌شوند. LiPONها در بحث طول عمر عملکرد خارق‌العاده‌ای دارند، به گونه‌ای که پس از طی ۴۰ هزار چرخه‌ی شارژ و دشارژ، تنها با ۵ درصد کاهش ظرفیت مواجه می‌شوند. در مقام مقایسه؛باتری‌های لیتیوم یون پیش از نشان دادن افت ظرفیت مشابه، تنها می‌توانند ۳۰۰ الی ۱۰۰۰ چرخه‌ی شارژ و دشارژ را طی کنند. این بدان معنا است که باتری‌های ساخته شده با LIPON می‌توانند پیش از نیاز به تعویض، ۱۳۰ تا ۴۰۰ برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یون کار کنند. اما نقطه‌ضعف LIPON این است که ظرفیت ذخیره‌ی انرژی کلی و رسانایی آن نسبتا پایین است. در حال حاضر ، بیش از 25 نوع الکترولیت حالت جامد، مانند اکسیدها، سولفیدها ، فسفات‌ها ، پلی اترها ، پلی استرها ، پایه نیتریل، پلی سیلوکسان، پلی اورتان و کامپوزیت‌های آنها وجود دارند. رقابت بین سیستم‌های پلیمری، اکسیدی و سولفیدی تاکنون نامشخص است و معمول است که شرکت‌های باتری سعی می‌کنند چندین رویکرد را امتحان کنند. پردازش سیستم‌های پلیمری آسان است و به همین دلیل تجاری سازی آنها نیز محتمل‌تر است ولی با این حال دمای عملیاتی نسبتاً بالا، پتانسیل پایین آنتی اکسید و پایداری پایین چالش‌هایی هستند که سیستم‌های پلیمری از خود نشان می‌دهد. الکترولیت‌های سولفیدی دارای مزایای هدایت یونی بالا، دمای پایین پردازش، گستره پایداری الکتروشیمیایی بالا و… هستند و این ویژگی‌ها باعث جذابیت آنها می‌شود و از نظر بسیاری به عنوان گزینه نهایی مورد انتخاب قرار می‌گیرند. با این حال، دشواری تولید و محصول جانبی سمی که می‌تواند در فرآیند تولید آنها ایجاد شود، تجاری سازی آن را نسبتاً کند می‌کند. سیستم‌های اکسیدی نسبتأپایدار و ایمن هستند، در حالی که عواملی مانند دمای پردازش بالا باعث به وجود آمدن برخی مشکلات در رابطه با باتری‌های حاوی این نوع الکترولیت می‌شوند.

مزایای باتری‌های حالت جامد
چگالی انرژی بالا
در باتری‌های حالت جامد الکترولیت علاوه بر نقش اصلی خود، به عنوان جدا کننده نیز رفتار می‌کند و باعث کاهش حجم و وزن به دلیل از بین بردن اجزای خاص (به عنوان مثال جدا کننده و پوشش) می‌شود. بنابراین امکان چیدمان جمع و جورتر سلول‌ها در بسته باتری فراهم می‌شود و به این طریق تراکم انرژی می‌تواند در واحد سطح افزایش یابد. در واقع درباتری‌های حالت جامد، به جای نیاز به فضای بزرگ بین سلول‌های مایع، تنها به موانعی بسیار نازک برای جلوگیری از اتصال کوتاه نیاز دارند و به این طریق چگالی انرژی می‌تواند به ازای هر کیلوگرم افزایش یابد. تراکم انرژی پیشرفته منجر به خروجی زیاد الکتریسیته می‌شود و دامنه رانندگی یک وسیله نقلیه به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، در نتیجه نیاز شارژ مکرر و همچنین نیاز به تعداد زیادی ایستگاه شارژ حل می‌شود.

ایمنی بالا
ایمنی مزیت دیگری است که باتری‌های حالت جامد ارائه می‌دهند. واکنش های گرمازا در باتری‌های یون لیتیوم می تواند باعث گرم شدن، انبساط و در نتیجه باعث ریختن الکترولیت مایع قابل اشتعال و خطرناک شود. داشتن یک الکترولیت جامد به طور مؤثر این مشکل را حل می‌کند. در باتری‌های حالت جامد از مواد سمی و آتش‌زا استفاده نمی‌شود. افزون بر این، همانند باتری‌های سنتی گرما تولید نمی‌کنند. پس، امکان آتش‌سوزی یا انفجار آن‌ها وجود ندارد و این باعث می‌شود که دامنه عملکرد باتری‌های حالت جامد در مقایسه با باتری‌های یون لیتیوم بیشتر باشد. این همچنین بدان معنا است که باتری‌ها‌ی حالت جامد حتی اگر آسیب ببینند یا دارای نقصی در فرایند تولیدشان باشند، منفجر نمی‌شوند و آتش نمی‌گیرند و این یعنی امنیت این محصولات برای مصرف‌کنندگان بیشتر است.

شارژ سریع
مزیت بعدی باتری‌های حالت جامد به مدت زمان شارژ سریع آن‌ها برمی‌گردد. چون یون‌ها یا الکترون‌ها بسیار سریع‌تر میان کاتد و آند جابه‌جا می‌شوند. براساس پژوهش‌هایی که به تازگی انجام شده است، یک باتری حالت جامد می تواند از نظر ظرفیت ۵۰۰٪ یا بیشتر از باتری‌های قابل شارژ معمولی بهتر عمل کند و در یک دهم زمان شارژ شود.

عمر طولانی
الکترولیت‌ حالت جامد معمولا واکنش‌پذیری کمتری نسبت نمونه‌های مایع یا ژل متداول کنونی دارد؛ بدین ترتیب انتظار می‌رود که باتری‌های حالت جامد مدت بسیار بیشتری دوام آوردند و بر خلاف باتری‌های کنونی تنها پس از ۲ یا ۳ سال نیازمند تعویض نشوند. در اغلب گوشی‌های هوشمند فعلی، باتری‌ها قابل تعویض هستند و اغلب افرادی که به دنبال استفاده از گوشی هوشمند خود برای چند سال پیاپی هستند؛ می‌توانند پس از خراب شدن باتری گوشی خود، آن را با نمونه‌ای جدید تعویض کنند. باتری گوشی‌های هوشمند اغلب پس از مدتی (فرضا یک سال) شارژ خود را به خوبی روزهای اول نگه نمی‌دارد و این امر می‌تواند موجب ناپایداری سخت‌افزار و ریست شدن گوشی یا حتی پس از چند سال استفاده موجب توقف کارکرد دستگاه شود. با استفاده از باتری‌های حالت جامد، گوشی‌های هوشمند و بسیاری ابزارهای دیگر می‌توانند بدون نیاز به یک باتری جایگزین، مدت‌زمان بسیار بیشتری عمر کنند. سرانجام، استفاده از الکترولیت حالت جامد به این معنی است که باتری‌ها بیشتر از باتری­های لیتیوم یونی می‌توانند چرخه تخلیه و شارژ را تحمل کنند، زیرا نیازی به خوردگی الکترود ناشی از مواد شیمیایی در الکترولیت مایع یا تشکیل لایه های اینترفاز الکترولیت جامد (SEI) نیست.

به طور خلاصه، از جمله مزایای کلیدی باتری های حالت جامد از دیدگاه مصرف‌کننده می‌توان تا ۶ برابر سرعت شارژ بیشتر ، تا ۲ برابر چگالی انرژی بالاتر، چرخه‌ی عمر طولانی‌تر از ۱۰ سال در مقایسه با ۲ سال عمر باتری‌های لیتیومی و فقدان هر گونه جزء قابل اشتعال را برشمرد. بدون شک تمامی موارد فوق برای گوشی‌های هوشمند و دیگر ابزارهای قابل‌حمل مزایای بزرگی محسوب می‌شوند.

چالش‌های باتری‌های حالت جامد

هزینه
ساخت باتری‌های حالت جامد به طور سنتی گران است و از فرایندهای تولیدی استفاده می‌شود که به تجهیزات تهویه خلأ گران قیمت نیاز دارند. به علت عدم وجود یک خط تولید انبوه برای این باتری‌ها؛ تاکنون استفاده انبوه از این باتری‌ها در هیچ صنعتی اتاق نیفتاده است. همین‌طور، مواد تشکیل‌دهنده این باتری‌ها از جمله فلزات، آلیاژها و نمک‌های فلزی به راحتی به دست نمی‌آیند و رسیدن به بهترین ترکیب شیمیایی آن‌ها در مصارف مختلف کمی سخت است. در حال حاضر نه تنها هزینه آنها برای استفاده تجاری بسیار گران است، بلکه عملیات زیادی برای آماده سازی آنها برای استفاده در بازار انبوه، به ویژه در خودروهای بزرگ وجود دارد. باتری‌های حالت جامد هم اکنون به صورت بالقوه کاربردهایی مثل باتری‌های ضربان ساز قلب که نیاز به تعداد بالای سلول ندارند را دارا می‌باشند. به همین ترتیب، هزینه بالا مانع از مصرف باتری‌های حالت جامد در استفاده‌هایی دیگر مانند تلفن‌های هوشمند شده است. بخشی از این امر به این دلیل است که مقیاس اقتصادی وجود ندارد. هر ساله صدها میلیون باتری قابل شارژ در سال تولید می‌شود، بنابراین هزینه ساخت مواد و تجهیزات در خطوط تأمین گسترده پخش می‌شود. تحقیقات فعلی این مسئله را کاهش می‌دهد، اما قبل از این که بتوانیم مواد را جمع آوری یا سنتز کنیم و در فرایندهای تولید سرمایه گذاری کنیم، باید اطلاعات قابل اطمینان‌تری را جمع آوری کنیم.

کشف ترکیب شیمیایی مناسب الکترولیت
یکی از چالش‌های پیش روی باتری‌های حالت جامد این است که هنوز به ترکیب شیمیایی و اتمی صحیح الکترولیت جامد به منظور تامین قوای لازم جهت راه‌اندازی یک خودروی الکتریکی دست پیدا نکرده‌ایم. بنابراین باید بگوییم که باتری‌های حالت جامد در واقع هنوز در حالت عملی بر روی یک خودروی الکتریکی مورد سنجش قرار نگرفته‌اند. رسیدن به ترکیب صحیح الکترولیت جامد بسیار مهم است چرا که باید اجازه استفاده از آندهای لیتیومی را بدهد. بدین ترتیب یون‌های لیتیومی بیشتر و در نتیجه انرژی بالاتری تولید خواهد شد. در حالی که خصوصیات مختلف فلزات، آلیاژها و نمکهای فلزی مورد استفاده برای باتریهای قابل شارژ معمولی کاملاً مشهود است، ما در حال حاضر بهترین ترکیب شیمیایی و اتمی را برای یک الکترولیت جامد نمی‌دانیم.

حساسیت به دما و فشار
باتری‌های حالت جامد با الکترولیت‌های سرامیکی برای برقراری تماس با الکترودها به دلیل ماهیت کاملأ جامد این سیستم‌ها به فشار زیادی احتیاج دارند و این امر ممکن است منجر به تخریب مکانیکی این سیستم شود. همچنین دماهای بالا می تواند منجر به اشکالاتی در سیستم باتری‌های لیتیوم یون شوند.

رابط آند (دندریت)
مشکل استفاده از مواد جامد تشکیل اشکال شاخک‌ مانندی موسوم به دندریت است که همراه با سیکل‌های باتری روی سطح یکی از الکترودها پدید می‌آید. این سوزن‌های ریز می‌توانند موجب اتصال کوتاه باتری و خرابی یا حتی آتش گرفتن شوند. دندریت‌های فلزی لیتیوم از آند به سمت کاتد رشد می‌کنند و به جدا کننده بین آند و کاتد نفوذ می‌کنند و باعث اتصال کوتاه می‌شوند. این امر باعث گرم شدن بیش از حد می شود که ممکن است منجر به آتش سوزی یا انفجار در اثر فرار از حرارت شود. هم چنین دندریت‌های لیتیوم باعث کاهش کارایی کولومبیک می‌شوند. مشخص شده است که اینترفاز الکترولیت جامد پایدار موثرترین استراتژی برای مهار رشد دندریت و افزایش عملکرد سیکل پذیری است.

رابط کاتد و الکترولیت
اغلب الکترولیت‎های جامد موجود، پایداری شیمیایی و الکتروشیمیایی خوبی نداشته و یا اتصال مناسبی با الکترود برقرار نمی‎کنند که در نهایت منجر به وقوع واکنش‎ های جانبی ناخواسته‎ای در سطح الکترود می‎ شود. این واکنش‎ های جانبی باعث افزایش مقاومت سطح شده و بازده باتری را در اثر تکرار چرخه‎های شارژ و دشارژ به شدت کاهش می‎دهند. رابط بین الکترود و الکترولیت جامد همچنان یک مسئله اساسی است که مانع توسعه عملی باتری­های لیتیوم حالت جامد می‌شود. برای باتری‌های لیتیوم حالت جامد معمولی، یک چالش رایج دستیابی و حفظ تماس جامد-جامد است. در باتری‌های حالت جامد رابط بین آند لیتیوم و الکترولیت جامد به طور گسترده­ای بررسی شده است. در مورد رابط بین کاتد و الکترولیت اطلاعات کمی در دسترس است در حالی که رابط الکترولیت جامد /کاتد به عنوان اثرت مهمی در کارکرد باتری دارد. بی‌ثباتی رابط ممکن است ناشی از مواد شیمیایی یا تغییر ناگهانی پتانسیل الکتروشیمیایی باشد و منجر به تجزیه الکترولیت جامد و شکل گیری لایه انتقال میانی شود. تغییر ناگهانی پتانسیل الکتروشیمیایی در رابط الکترود-الکترولیت بر اساس خصوصیات ذاتی انواع مختلف الکترولیت‌ها جامد و مواد کاتدی، منجر به ایجاد سه نوع حالت ارتباط بین الکترود و الکترولیت می شود (شکل 5). در باتری‌های لیتیوم حالت جامد نوع 1 رابطه بین الکترود و الکترولیت پایدار است و تجزیه الکترولیت صورت نمی گیرد. این رابط ایده آل است که به ندرت در باتری حالت جامد ظاهر می‌شود. سیستم‌های نوع 2 نشان دهنده مقداری تجزیه الکترولیت صورت گرفته و لایه ای بین الکترود و الکترولیت تشکیل شده اما کانالهای انتقال Li + را فراهم است. درون این نوع، بیشتر واکنش‌های جانبی سطحی را می‌توان سرکوب کرد و عملکرد باتری را می توان حفظ کرد. در مورد نوع سوم یک رابط نامطلوب اما رایج است با هدایت یونی و الکترونیکی مخلوط. در این نوع، واکنش‌های جانبی مداوم رخ می‌دهد و مقدار زیادی الکترولیت تجزیه می‌شود. بسته به خاصیت ذاتی الکترود و الکترولیت، انواع مختلفی از رابط ها ساخته می شوند، اما فقط نوع ۱ و ۲ برای برنامه‌های کاربردی مطلوب هستند.

در همین حال، بسته به خصوصیات ذاتی اجزای جامد مجاور ، مسائل مختلف و خاصی در مورد انواع الکترولیت ­های جامد رخ می­ دهد. به منظور شفاف سازی اساسی رفتارهای سطحی، تکنیک­های پیشرفته توصیف با گذشت زمان و وضوح در مقیاس اتمی برای کسب بینش بیشتر از دیدگاه­های مختلف مورد نیاز است. تکنیک­های متنوع پیشرفته توصیف برای به دست آوردن روشنگری نهایی رفتار رابط ضروری است و تأکید می­کنیم که برای ایجاد رابط کاتد الکترولیت مناسب برای باتری­های لیتیوم حالت جامد برتر، به ترکیب استراتژی های متنوع اصلاح سطح نیاز است. بنابراین با توجه به چالش ­هایی که تا کنون در رابطه با باتری­ های حالت جامد بررسی شده است، دستیابی به راهکاری در طراحی باتری‌های حالت جامد که این مشکلات را نداشته باشند، دستاورد بزرگی محسوب می‌شود.

نتیجه گیری
اگرچه باتری‌های لیتیوم یون یک تحول شگرف در عرضه باتری‌های شیمیایی به حساب می‌آیند اما راه‌حل‌های بهتری نیز در این زمینه وجود دارد؛ چرا که به‌کارگیری الکترولیت مایع در باتری‌های لیتیوم یون مضرات فراوانی به دنبال داشته است. ظرفیت و توانایی این باتری‌ها نیز به جهت ارائه حداکثر شارژ به مرور زمان دچار نقصان می‌شود؛ همچنین باتری‌های لیتیوم یونی گرمای زیادی تولید می‌کنند که همین مسئله به‌کارگیری سامانه‌های خنک‌کننده سنگین‌وزن را در خودروها اجتناب‌ناپذیر می‌کند. در ضمن به دلیل وجود مایع اشتعال‌پذیری در باتری‌های لیتیوم یون، احتمال آتش‌سوزی و حتی انفجار آن‌ها در تصادفات وجود خواهد داشت. همانطور که از اسم این باتری‌ها مشخص است، باتری‌های حالت جامد به جای الکترولیت مایع از مواد جامد نظیر سرامیک‌ها، شیشه، سولفات و پلیمر جامد به عنوان الکترولیت استفاده می‌کنند و علاوه به مزایای ذکر شده در مورد استفاده از باتری های حالت جامد، استفاده در از این باتری ها به خصوص در کاربردهایی مثل وسایل حمل و نقل چالش های زیادی را مانند هزینه، رشد دندریت و … در برداشته است که منجر به این می شود که تجاری سازی این نوع باتری به تعویق بیوفتد. با این حال شرکت های بزرگ باتری سازی و خودروسازی در تلاش برای تجاری سازی این نوع باتری ها در آینه نزدیک هستند.

محصولات مرتبط