แบตเตอรี่แบบแข็งเต็มตัว เปิดร่องรอยสําคัญ และก้าวอย่างมั่นคงไปสู่การพาณิชย์

ทีมงานวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีโตเกียว AIST และมหาวิทยาลัยยามากะตะ ได้คิดค้นยุทธศาสตร์เพื่อฟื้นฟูความต้านทานต่ําทําให้เป็นขั้นตอนที่มั่นคงในเส้นทางของการพาณิชย์แบตเตอรี่แบบแข็งพวกเขายังได้สํารวจกลไกการลดที่อยู่เบื้องหลัง ทําให้มีการเข้าใจพื้นฐานของวิธีการทํางานของแบตเตอรี่ลิเธียมสภาพแข็งทั้งหมด

แบตเตอรี่ลิตียมแบบแข็งได้กลายมาเป็นความฮิตใหม่ในวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุ เพราะแบตเตอรี่ลิตียมไอออนแบบดั้งเดิม ไม่สามารถตอบสนองมาตรฐานของเทคโนโลยีที่ทันสมัยได้เช่นรถไฟฟ้าที่ต้องการความหนาแน่นของพลังงานสูงแบตเตอรี่ที่ใช้ไฟฟ้าแข็งแทนของไฟฟ้าเหลวที่พบในแบตเตอรี่ทั่วไปแต่ยังมีความปลอดภัยและสะดวกมากขึ้น เพราะมันสามารถชาร์จได้ในระยะเวลาสั้น.

อย่างไรก็ตาม, ไอน้ําไฟฟ้าแข็งยังมีปัญหาของตัวเอง หนึ่งในโจทย์สําคัญคือ ระหว่างแคธอดและไอน้ําไฟฟ้าแข็งแสดงความต้านทานที่ใหญ่ที่มีแหล่งที่ไม่เข้าใจดีนอกจากนี้ เมื่อพื้นผิวของอิเล็กทรอนด์ถูกเผชิญกับอากาศ ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น ทําให้ความจุและผลงานของแบตเตอรี่ลดลงถึงแม้ว่ามีการพยายามบางครั้งเพื่อลดความต้านทาน, ไม่มีใครสามารถลดมันลงถึง 10Ω ซม.2 (ออม-เซนติเมตร-สแควร์), ค่าความต้านทานหน้าผิวที่รายงานเมื่อไม่เผชิญกับอากาศ.

ในงานวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน ACS Applied Materials & Interfaces ทีมวิจัยที่นําโดยศาสตราจารย์ Taro Hitosugi จากสถาบันเทคโนโลยีโตเกียว (Tokyo Tech) ในญี่ปุ่น และ Shigeru Kobayashiนักศึกษาปริญญาเอก ณ สถาบันเทคโนโลยีโตเกียวอาจจะแก้ปัญหาได้ในที่สุด

โดยการกําหนดกลยุทธ์ เพื่อการฟื้นฟูความต้านทานที่ต่ําและการแก้ไขกลไกของการลดทีมงานได้นําเสนอข้อมูลที่คุ้มค่าเกี่ยวกับการผลิตแบตเตอรี่แบบแข็งแรงที่มีประสิทธิภาพสูงการวิจัยนี้เป็นผลการศึกษาร่วมกันของสถาบันเทคโนโลยีโตเกียว, สถาบันเทคโนโลยีอุตสาหกรรมที่ก้าวหน้าแห่งประเทศญี่ปุ่น (AIST) และมหาวิทยาลัยยามากะตะ

อย่างแรก ทีมงานได้เตรียมแบตเตอรี่แผ่นบาง ประกอบด้วย แอนอดลิตียม แคโทดโอกไซด์ลิตียมโคบาลต์ และเอเลคโทรลิตแข็ง 3PO4 ก่อนที่จะเสร็จการผลิตแบตเตอรี่ทีมงานได้เผยแพร่พื้นผิวของลิเดียมโคบาลต์อ๊อกไซด์ ให้กับอากาศ, ไนโตรเจน (N2), ออกซิเจน (O2), คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2), ไฮโดรเจน (H2) และปูน้ํา (H2O) เป็นเวลา 30 นาที

ที่พวกเขาประหลาดใจ พวกเขาพบว่าการเผชิญหน้ากับ N2, O2, CO2 และ H2 ไม่ทําให้การทํางานของเซลล์ลดลง เมื่อเทียบกับเซลล์ที่ไม่ได้เผชิญหน้า"แค่ระเหย H2O ทําให้ผ่าตัด Li3PO4-LiCoO2 ลดลงอย่างมาก และเพิ่มค่าความต้านทานของมันซึ่งสูงกว่า 10 เท่าของอินเตอร์เฟซที่ไม่ได้เปิดเผย" อาจารย์ฮิโตซูกิ กล่าว

จากนั้นทีมงานก็ทํากระบวนการที่เรียกว่า "การผสมผสาน" ซึ่งตัวอย่างถูกนําไปรักษาด้วยความร้อนแบบแบตเตอรี่ที่ 150 องศาเซลเซียสเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงน่าประหลาดใจโดยการทําการจําลองจํานวนและการวัดที่ทันสมัยจากนั้นทีมงานพบว่าการลดลงนี้อาจเป็นเพราะการกําจัดโปรตอนจากโครงสร้างไดออกไซด์ลิตียม."

โปรเฟสเตอร์ ฮิโตสึกิ กล่าวสรุป ว่า "การ ศึกษา ของ เรา แสดง ว่า โปรตอน ใน โครงสร้าง ลิทธิียม โคบัลเตต มี บทบาท สําคัญ ใน กระบวนการ ฟื้นฟู.เราหวังว่าการอธิบายกระบวนการจุลินทรีย์ระหว่างผิวนี้จะช่วยให้ขยายศักยภาพการใช้งานของแบตเตอรี่ที่แข็งแรงทั้งหมด".