تاریخچه توسعه خوشه باتری لیتیومی

بسته های باتری لیتیومی روشی را که دستگاه های الکترونیکی خود را تامین می کنیم متحول کرده اند. از گوشی های هوشمند گرفته تا وسایل نقلیه الکتریکی، این منابع تغذیه سبک وزن و کارآمد به بخشی جدایی ناپذیر از زندگی روزمره ما تبدیل شده اند. با این حال، توسعه ازخوشه های باتری لیتیومیحرکت نرمی نداشته است. در طول سال ها تغییرات و پیشرفت های عمده ای را پشت سر گذاشته است. در این مقاله، تاریخچه بسته‌های باتری لیتیومی و چگونگی تکامل آنها برای برآوردن نیازهای روزافزون انرژی ما را بررسی خواهیم کرد.

اولین باتری لیتیوم یونی توسط استنلی ویتینگهام در اواخر دهه 1970 ساخته شد و آغاز انقلاب باتری لیتیومی بود. باتری ویتینگهام از دی سولفید تیتانیوم به عنوان کاتد و از فلز لیتیوم به عنوان آند استفاده می کند. اگرچه این نوع باتری از چگالی انرژی بالایی برخوردار است، اما به دلیل نگرانی های ایمنی از نظر تجاری قابل دوام نیست. فلز لیتیوم بسیار واکنش پذیر است و می تواند باعث فرار حرارتی شود و باعث آتش سوزی یا انفجار باتری شود.

جان بی گودناف و تیمش در دانشگاه آکسفورد در تلاش برای غلبه بر مشکلات ایمنی مرتبط با باتری‌های لیتیوم فلزی، اکتشافات پیشگامانه‌ای در دهه 1980 انجام دادند. آنها دریافتند که با استفاده از کاتد اکسید فلزی به جای فلز لیتیوم، می توان خطر فرار حرارتی را از بین برد. کاتدهای اکسید کبالت لیتیوم Goodenough صنعت را متحول کرد و راه را برای باتری‌های لیتیوم یون پیشرفته‌تر که امروزه استفاده می‌کنیم هموار کرد.

پیشرفت بزرگ بعدی در بسته های باتری لیتیومی در دهه 1990 زمانی که یوشیو نیشی و تیمش در سونی اولین باتری لیتیوم یون تجاری را توسعه دادند، رخ داد. آنها آند فلزی لیتیوم بسیار واکنش پذیر را با یک آند گرافیتی پایدارتر جایگزین کردند که ایمنی باتری را بیشتر بهبود بخشید. به دلیل چگالی انرژی بالا و عمر چرخه طولانی، این باتری ها به سرعت به منبع انرژی استاندارد برای دستگاه های الکترونیکی قابل حمل مانند لپ تاپ و تلفن های همراه تبدیل شدند.

در اوایل دهه 2000، بسته های باتری لیتیومی کاربردهای جدیدی در صنعت خودرو پیدا کردند. تسلا که توسط مارتین ابرهارد و مارک تارپنینگ تأسیس شد، اولین خودروی الکتریکی موفق تجاری را با باتری‌های لیتیوم یونی روانه بازار کرد. این یک نقطه عطف مهم در توسعه بسته های باتری لیتیومی است، زیرا استفاده از آنها دیگر محدود به وسایل الکترونیکی قابل حمل نیست. وسایل نقلیه الکتریکی که با باتری های لیتیومی تغذیه می شوند، جایگزین تمیزتر و پایدارتری برای خودروهای بنزینی سنتی هستند.

با افزایش تقاضا برای بسته های باتری لیتیومی، تلاش های تحقیقاتی بر افزایش چگالی انرژی و بهبود عملکرد کلی آنها متمرکز است. یکی از این پیشرفت ها، معرفی آندهای مبتنی بر سیلیکون بود. سیلیکون از نظر نظری ظرفیت بالایی برای ذخیره یون های لیتیوم دارد که می تواند چگالی انرژی باتری ها را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. با این حال، آندهای سیلیکونی با چالش‌هایی مانند تغییرات حجم شدید در طول چرخه‌های شارژ-دشارژ مواجه می‌شوند که در نتیجه عمر چرخه کوتاه‌تر می‌شود. محققان فعالانه برای غلبه بر این چالش‌ها تلاش می‌کنند تا پتانسیل کامل آندهای مبتنی بر سیلیکون را باز کنند.

حوزه دیگر تحقیق، خوشه های باتری لیتیومی حالت جامد است. این باتری ها از الکترولیت های جامد به جای الکترولیت های مایع موجود در باتری های لیتیوم یون سنتی استفاده می کنند. باتری های حالت جامد چندین مزیت از جمله ایمنی بیشتر، چگالی انرژی بیشتر و عمر چرخه طولانی تر دارند. با این حال، تجاری سازی آنها هنوز در مراحل اولیه است و برای غلبه بر چالش های فنی و کاهش هزینه های تولید، به تحقیق و توسعه بیشتری نیاز است. 

با نگاهی به آینده، آینده خوشه های باتری لیتیومی امیدوارکننده به نظر می رسد. تقاضا برای ذخیره انرژی به دلیل رشد بازار خودروهای الکتریکی و تقاضا برای یکپارچه سازی انرژی های تجدیدپذیر به افزایش ادامه می دهد. تلاش‌های تحقیقاتی بر روی توسعه باتری‌هایی با چگالی انرژی بالاتر، قابلیت‌های شارژ سریع‌تر و عمر چرخه طولانی‌تر متمرکز شده‌اند. خوشه های باتری لیتیومی نقشی حیاتی در گذار به آینده انرژی پاک تر و پایدارتر ایفا خواهند کرد.

به طور خلاصه، تاریخچه توسعه بسته‌های باتری لیتیومی شاهد نوآوری‌های انسانی و پیگیری منابع تغذیه ایمن‌تر و کارآمدتر بوده است. از روزهای اولیه باتری‌های لیتیوم فلزی تا باتری‌های پیشرفته لیتیوم یونی که امروزه استفاده می‌کنیم، شاهد پیشرفت‌های چشمگیری در فناوری ذخیره‌سازی انرژی بوده‌ایم. همانطور که ما همچنان به مرزهای ممکن ادامه می دهیم، بسته های باتری لیتیومی به تکامل خود ادامه می دهند و آینده ذخیره انرژی را شکل می دهند.

اگر به کلاسترهای باتری لیتیومی علاقه دارید، با رادیانس تماس بگیریددریافت یک نقل قول.