افزایش عملکرد الکترود باتری با فوم قلع

تیمی از پژوهشگران در مرکز Helmholtz-Zentrum برلین (HZB) نشان داده‌اند که فوم قلع با ساختار بسیار متخلخل می‌تواند به‌عنوان الکترود در باتری‌های لیتیوم-یون استفاده شود و تنش‌های مکانیکی را در طول چرخه‌های شارژ و دشارژ کاهش دهد. این ویژگی، فوم قلع را به ماده‌ای جذاب برای بهبود عملکرد باتری‌های لیتیوم-یون تبدیل می‌کند.

در باتری‌های لیتیوم-یون مدرن، الکترودهای مبتنی بر گرافیت ظرفیت محدودی دارند. الکترودهای فلزی مانند قلع ظرفیت بالاتری ارائه می‌دهند، اما در هنگام جذب لیتیوم دچار انبساط حجمی و تنش‌های ساختاری می‌شوند. قلع به‌دلیل ظرفیت بالاتر نسبت به گرافیت و فراوانی در طبیعت، گزینه‌ای مناسب است. یکی از راه‌های کاهش خستگی در الکترودهای فلزی، استفاده از فوم‌های فلزی متخلخل است.

پژوهشگران HZB با استفاده از تصویربرداری پرتوی ایکس در زمان واقعی، تغییرات ساختاری الکترودهای قلع را در طول فرآیندهای شارژ و دشارژ بررسی کردند. دکتر بوچرا بوعبادی، نویسنده اصلی مطالعه منتشرشده در مجله Advanced Science، بیان کرد که این روش به آن‌ها امکان داد تا تغییرات مورفولوژیکی الکترودهای قلع را در حین کار مشاهده کنند.

دکتر فرانسیسکو گارسیا-مورنو، نسخه‌ای از الکترود قلع را به‌صورت فوم با حفرات میکرومتری تولید کرد. دکتر سباستین ریسه اظهار داشت که این فوم قلع تنش‌های مکانیکی را در حین انبساط حجمی به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد و آن را به ماده‌ای جذاب برای باتری‌های لیتیوم-یون تبدیل می‌کند.

ساختاردهی مناسب فوم‌های قلع برای کاهش تنش‌های مکانیکی بسیار مهم است. اگرچه فوم قلع گران‌تر از فویل‌های قلع معمولی است، اما به‌عنوان جایگزینی اقتصادی برای نانوساختارهای پیچیده مطرح می‌شود و می‌تواند ظرفیت ذخیره‌سازی لیتیوم را افزایش دهد.

این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از فوم قلع متخلخل می‌تواند به بهبود عملکرد و افزایش ظرفیت باتری‌های لیتیوم-یون منجر شود.