ابداع نوعی پلیمر برای استفاده در باتری‌های خود ترمیم و خود بازیافت

به گزارش پایگاه اینترنتی اطلس نیوز، این الکترولیت جدید با استفاده از پلیمرهای مخصوص ساخته شده که دارای پیوندهای عرضی است و در برابر حرارت به جای اینکه از هم فروپاشد، سخت‌تر می‌شود. 

باتری‌های لیتیوم یونی یکی از داستان‌های موفقیت‌آمیز فناوری مدرن الکتریکی هستند. بدون آن‌ها دستگاه‌های مختلف از تلفن‌های هوشمند گرفته تا اتومبیل‌های برقی کارایی نخواهند داشت - اما هنوز مسیر طولانی در پیش دارند تا به گزینه مناسبی تبدیل شوند. از آنجایی که این باتری‌ها تحت چرخه‌های منظم شارژ قرار می‌گیرند، سازه های شاخه مانندی (دندریت) از فلز لیتیوم تشکیل می‌شود که در ساختار باتری رشد می‌کنند. این کار می‌تواند به کاهش طول عمر باتری منجر شود. این موضوع همچنین در موارد شدید به خود باتری آسیب می‌زند و به آتش سوزی و انفجار منجر می‌شود. 

بخشی از علت این خرابی‌های انفجاری این است که باتری‌های لیتیوم یونی از یک الکترولیت مایع استفاده می‌کنند که اگر باتری به شدت به خطر بیفتد می‌تواند با الکترودها وارد واکنش شیمیایی شود. به همین منظور پلیمر جامد یا الکترولیت‌های سرامیکی به عنوان جایگزین در نظر گرفته شده‌اند، اما به گفته «برایان جینگ» دانشجوی فارغ التحصیل علوم و مهندسی مواد در دانشگاه ایلینیوز، پلیمر جامد و الکترولیت‌های سرامیکی نیز در دماهای بالایی که در باتری تولید می‌شود، ذوب می‌شوند. این مواد همچنین شکننده هستند و حفظ تماس الکترولیت به الکترود را دشوار می‌سازند.

یک روش برای غلبه بر این مشکل استفاده از رشته‌های پلیمری شبکه‌ای شده (با اتصال عرضی)  برای تولید یک هادی لیتیوم لاستیکی است. این هادی لیتیومی‌، عمری طولانی‌تر از الکترولیت‌های جامد سخت‌تر دارند اما خود ترمیم شونده نیست و بازیافت آن نیز دشوار است.

اکنون محققان دانشگاه ایلینویز، روشی برای ایجاد این پیوندهای عرضی ابداع کرده‌اند تا در نتیجه آن‌ها واکنش‌های مبادله‌ای ایجاد کنند و رشته‌های پلیمری را بین آن‌ها مبادله کنند. این بدان معنی است که پلیمر هنگام گرم شدن سخت‌تر می‌شود و خود ترمیم شده و به رشد دندریت کمتری نیز منجر می‌شود. بعلاوه این پلیمر می تواند بدون نیاز به اسیدهای قوی یا درجه حرارت های بالا تجزیه شود. در عوض، در دمای اتاق در آب حل می‌شود. با این حال، این فناوری هنوز عملی نیست.

کریستوفر ایوانز که ریاست گروه محققان را بر عهده داشت، می‌گوید: به تصور من این مطالعه بستر جالبی را برای آزمایش‌های دیگر فراهم می‌کند. ما از یک شیمی بسیار خاص و یک پیوند دینامیکی بسیار خاص در پلیمر خود استفاده کردیم، اما معتقدیم که این بستر را می‌توان دوباره ساخت تادر کنار بسیاری از فرایندهای شیمیایی دیگر  خواص رسانایی و مکانیکی این پلیمر را تغییر دهد. 

این تحقیق در مجله American Chemical Society منتشر شده است.