دانشمندان در جریان پژوهشی جدید دریافتند که تنظیم دقیق فشار مکانیکی وارد بر باتریهای لیتیومیونی، طول عمر مفید آنها را به شکل چشمگیری افزایش میدهد. این یافتهی جدید که بر جنبههای مکانیکی به جای تغییرات شیمیایی تمرکز دارد، میتواند طراحی باتریها را در صنایع خودروهای برقی ارتقاء دهد و باعث افزایش عمر باتری دستگاه های الکترونیکی شود.
طبق تحقیقی که نتایج آن در مجلهی نیچر انرژی منتشر شده است، نگه داشتن باتریهای کیسهای لیتیومیونی در فشار ۱۲٫۵ بار، چرخهی عمر آنها را در مقایسه با باتریهای تحت فشار کمتر یا بیشتر، تقریبا دو برابر کرد. باتریها در طول فرآیند شارژ و تخلیهی شارژ دچار تورم و انقباض میشوند و این چرخههای مداوم، فشارهای مکانیکی شدیدی به اجزای داخلی وارد میکند.
پژوهشگران برای سنجش دقیق این پدیده، ابزار اندازهگیری ویژهای ساختند که فشار یکنواختی را در طول مراحل شارژ و تخلیهی شارژ به سلولهای باتری وارد میکند. این دستگاه نوسانات فشار را به زیر ۰٫۸ درصد رساند و افت فشار را در مقایسه با ساختارهای مجهز به پیچ یا فنر، تا ۲۰ درصد کاهش داد.
آزمایشها روی سلولهای باتری با آند گرافیتی و کاتد نیکلدار NMC811 نشان داد که در فشار ۱۲٫۵ بار، باتریها پیش از افت ظرفیت به ۸۰ درصد میزان اولیه، بیش از ۳۷۵ چرخهی شارژ را دوام آوردند. این در حالی است که باتریهای مشابه در فشارهای ۳ بار یا ۳۷٫۵ بار، تنها حدود ۱۶۰ تا ۱۷۰ چرخهی کارکرد داشتند.
بررسی کردنهای این تیم پژوهشی نشان میدهد که فشار بسیار کم باعث ایجاد ریزترک در ذرات کاتد و کاهش ظرفیت باتری میشود. از سوی دیگر، اعمال فشار بیش از حد، تجمع لیتیوم فلزی روی آند را با دارد که عملکرد و ایمنی باتری را به خطر میاندازد.
