کارهای نویدبخشی در حوزه الکترولیتهای باتری‌های لیتیوم یون با نام "الکترولیتهای گازی مایعشده" برای اولین بار در سال 2017 ارائه شدند که تأثیر زیادی در بهبود طول عمر و کارایی باتری‌های شارژپذیر داشتند. با وجود این اقدامات میتوان آند گرافیت را با آند فلز لیتیوم جایگزین کرد.
کشف راههای مقرون به صرفه از نظر اقتصادی برای جایگزینی با آند گرافیت در باتری‌های لیتیوم یون تجاری به شدت مورد توجه محققان و سرمایهگذاران قرار دارد. زیرا در اینصورت باتری با وزن سبکتر و ذخیره انرژی بیشتر حاصل میشود؛ به نحوی که تا 50 درصد افزایش دانسیته انرژی در مقیاس سل را به دنبال خواهد داشت. این رقم میتواند ناشی از فاکتورهایی نظیر ظرفیت ویژه آند فلز لیتیوم، پتانسیل الکتروشیمیایی پایین و وزن سبک باشد.
استفاده از آندهای فلز لیتیوم میتواند گستره استفاده از خودروهای الکتریکی را افزایش داده و قیمت باتریهایی را که در شبکههای ذخیره انرژی کاربرد دارند بهبود دهد. منتها این انتقال فناوری با برخی چالشهای تکنیکی نیز مواجه است. یکی از چالشها این است که آندهای فلز لیتیوم سازگار با الکترولیتهای مایع رایج نیستند و دو مشکل عمده در قبال استفاده از این آندها و الکترولیتها ایجاد میشود: بازده چرخهپذیری پایین و رشد شاخههای دندریتی.
بنابراین محققان الکترولیتهایی را با عنوان الکترولیتهای گازی مایعشده ارتقا دادند. یکی از ویژگیهای این نوع الکترولیتها این است که هم در دمای اتاق و هم در دمای بسیار منفی تا 60- درجه سلسیوس نیز قابل کارکرد است. این الکترولیتها از حلالهای گازی مایعشده ساخته شدهاند. مواد گازی که در فشارهای معمول مایع میشوند. در واقع این الکترولیتها در مقابل منجمدشدن مقاومت بسیار زیادی را نسبت به الکترولیتهای رایج از خود نشان میدهند. محققان گزارش دادند که چگونه از طریق مطالعات آزمایشگاهی و کامپیوتری درک خود را نسبت به برخی خواص شیمیایی این الکترولیتها ارتقا دادهاند فلذا توانستند الکترولیتهای گازی مایع را بسازند.
در نیم سل هایی که از آند فلز لیتیوم ساخته شدند، گزارش داده شد که بازده کولونی 99/6 درصد برای 500 چرخه شارژ و دشارژ در دمای اتاق بدست آمده که بیشتر از بازده 97/5 درصد نسبت به کار قبلی و همچنین بازده 85 درصد سلهای حاوی آند فلز لیتیوم با الکترولیتهای مایع رایج میباشد.
در دمای 60- درجه سلسیوس نیز بازده کولونی 98/4 درصد با آند فلز لیتیوم برای این نوع سل حاصل شد. در صورتیکه اغلب الکترولیتهای رایج در دمای 20- درجه سلسیوس تخریب میشوند.
در ادامه محققان نشان دادند که ترسیبهای یکنواخت و فشردهای از ذرات لیتیوم با آند فلز لیتیوم در هنگام استفاده از این نوع الکترولیت گازی بدست آمده است. در صورتیکه اگر از الکترولیتهای مایع رایج استفاده شود، ساختارهای شبه دندریتی بر سطح آند فلز لیتیوم تشکیل میشود. این شاخهها ممکن است بازده باتری را از بین برده و منجر به اتصال کوتاه شوند که تهدید جدی برای ایمنی باتری به شمار میآید.
یکی از عواملی که باعث میشود ذرات لیتیوم بر سطح آند ترسیب شوند، میزان تخلخل است. بطوریکه هرچه میزان تخلخل کمتر باشد، بهتر است. در نتایج این تیم بدست آمد که تخلخل ذرات ترسیب لیتیوم بر سطح آند فلزی برابر 0/9 درصد در دمای اتاق است که با این نوع الکترولیت حاصل شده است. این رقم در حضور الکترولیتهای معمولی به 8/16 میرسد.
البته هنوز هم تلاش زیادی برای دستیابی به الکترولیتهای سازگار با آند فلز لیتیوم نیاز است تا بتوانند از نظر قیمت، ایمنی و محدوده دمای عملکرد قابلیت رقابت داشته باشند.
