อิเล็กโทรดซิลิคอนสองชั้นแสดงศักยภาพในการชาร์จที่รวดเร็วขึ้นและราคาแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Queen Mary University of London ได้แสดงให้เห็นว่าการกำหนดค่าอิเล็กโทรดแบบสองชั้นตามหลักการวิทยาศาสตร์แรกโดยใช้การถ่ายภาพโอเปอเรเตอร์ ให้การปรับปรุงเสถียรภาพของวงจรและความสามารถในการชาร์จอย่างรวดเร็วของแบตเตอรี่รถยนต์อย่างมีนัยสำคัญ โดยมีศักยภาพอย่างมากในการลดต้นทุน 20-30% การศึกษาถูกตีพิมพ์ใน นาโนเทคโนโลยีแห่งธรรมชาติ–
ในการวิจัยนี้ ทีมงานนำเสนอการออกแบบอิเล็กโทรดคอมโพสิตที่ใช้ซิลิกอนสองชั้นเพื่อจัดการกับความท้าทายที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กโทรดที่ใช้ซิลิกอน สิ่งนี้แสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญและศักยภาพที่สำคัญสำหรับการพัฒนาแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูงรุ่นต่อไป
ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา การพัฒนาแบตเตอรี่รถยนต์ได้รับแรงหนุนจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับระยะการขับขี่ที่มากขึ้นและการชาร์จที่รวดเร็วนับตั้งแต่การถือกำเนิดของรถยนต์ไฟฟ้า (EV)
อิเล็กโทรดซิลิคอนมีความจุตามทฤษฎีมากกว่า 10 เท่าและให้การชาร์จเร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม การใช้งานอย่างแพร่หลายถูกจำกัดด้วยความผันผวนของปริมาตรที่มีนัยสำคัญสูงถึง 300% ในระหว่างรอบการชาร์จและการคายประจุ ส่งผลให้อุปกรณ์เสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วและอายุการใช้งานที่จำกัด
นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบข้อมูลเชิงลึกที่น่าทึ่งเกี่ยวกับไดนามิกส์ทางกลไฟฟ้าเคมีของอิเล็กโทรดคอมโพสิตกราไฟท์และซิลิคอนโดยใช้เทคนิคการถ่ายภาพตัวถูกดำเนินการหลายระดับหลายระดับ
จากข้อมูลเชิงลึกด้านกลไกที่ได้รับการปรับปรุงเหล่านี้ จึงได้มีการเสนอสถาปัตยกรรมสองชั้นใหม่ โดยจะจัดการกับความท้าทายที่สำคัญในการออกแบบวัสดุ และแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่ดีขึ้นอย่างมากและการย่อยสลายที่ลดลงกว่าสูตรดั้งเดิม
ในการวิจัยนี้ เราแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างการออกแบบโครงสร้างจุลภาคและสมรรถนะทางกลไฟฟ้าเคมีในระดับความยาวต่างๆ ตั้งแต่อนุภาคเดี่ยวไปจนถึงอิเล็กโทรดที่สมบูรณ์ โดยการใช้เทคนิคการถ่ายภาพตัวถูกดำเนินการหลายรูปแบบ–
ดร. Xuekun lu ผู้นำการศึกษา มหาวิทยาลัย Queen Mary แห่งลอนดอน
ดร. Lu เชื่อว่าการศึกษานี้จะมอบโอกาสใหม่ ๆ ในการสร้างสถาปัตยกรรมอิเล็กโทรดคอมโพสิตสามมิติ โดยจะก้าวข้ามขีดจำกัดของความหนาแน่นของพลังงาน ความเร็วในการชาร์จ และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่รถยนต์ ซึ่งอาจช่วยเร่งการใช้งานยานพาหนะไฟฟ้าในวงกว้างได้
แอโนดซิลิคอนสูงแสดงถึงเส้นทางเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงสำหรับการใช้งานเช่นยานยนต์ การศึกษานี้ให้ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นว่าโครงสร้างจุลภาคส่งผลต่อประสิทธิภาพและการเสื่อมสภาพอย่างไร และจะเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบแบตเตอรี่ที่ดีขึ้นในอนาคต
ศาสตราจารย์ David Greenwood ซีอีโอของ WMG High Value Manufacturing Catapult Center
หมายเลขนิตยสาร:
ลู เอ็กซ์. และคณะ– (2025) การสำรวจกระบวนการทางกลไฟฟ้าเคมีในคอมโพสิตกราไฟท์-ซิลิคอน สำหรับการออกแบบอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ที่มีรูพรุนขนาดนาโนและโครงสร้างจุลภาค นาโนเทคโนโลยีแห่งธรรมชาติ doi.org/10.1038/s41565-025-02027-7.
แหล่งที่มา:
มหาวิทยาลัยควีนแมรีแห่งลอนดอน