پیشرفت در انرژی باتری و مواد خودترمیم‌پذیر

Guanjun Cen و همکاران، منتشر شده در Nature Sustainability (۲۰۲۵)
— این مطالعه یک لایه خودترمیم (نامیده شده DAI = Dynamically Adaptive Interphase) معرفی می‌کند که حاوی یون‌های یُد (iodide) قابل انتقال است و هنگام ایجاد فاصله بین آند و الکترولیت، این یون‌ها به آن قسمت‌های جدا شده مهاجرت کرده و آن را پر می‌کنند.
— در آزمایش‌ها، سلول‌های کامل باتری بیش از ۲۴۰۰ چرخه شارژ و دشارژ را طی کردند و بیش از ۹۰٪ ظرفیت خود را حفظ کردند، حتی بدون فشار خارجی زیاد.
— این مقاله نشان می‌دهد که می‌توان مشکل جدایش بین لایه‌ها را بدون نیاز به فشار زیاد مکانیکی حل کرد، که برای مقیاس‌پذیری باتری حالت جامد اهمیت زیادی دارد.

نکات کلیدی و مباحث مهم از این مقالات

• مکانیسم‌های خودترمیم
  خودترمیم می‌تواند از مجرای پیوندهای شیمیایی دینامیک (مثل پیوند دی‌سولفیدی، پیوند هیدروژنی، تعامل‌های یونی یا پیوندهای کووالانسی معکوس‌پذیر) یا ترکیب فیزیکی–شیمیایی حاصل شود.
  برای مثال در الکترولیت پلی‌اتِر–اورتان، پیوندهای دی‌سولفیدی امکان جابجایی مولکولی ایجاد می‌کنند که می‌تواند شکست‌های کوچک را در دماهای پایین‌تر ترمیم کند.

• بهبود رابط الکترود–الکترولیت
  یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در باتری حالت جامد، کاهش مقاومت در رابط بین الکترود و الکترولیت است. استفاده از مواد خودترمیم که بتوانند ترک‌ها یا فاصله‌ها را در رابط پر کنند، به بهبود تماس یونی کمک می‌کند.

• دوام در چرخه‌های زیاد و پایداری
  مطالعات نشان داده‌اند که با لایه خودترمیم، باتری‌ها می‌توانند در چرخه‌های بسیار بالا باقی بمانند و ظرفیت را حفظ کنند (مثلاً ۲۴۰۰ چرخه با حفظ بیش از ۹۰٪)، یا بیش از ۶۰۰۰ ساعت

• کاهش نیاز به فشار مکانیکی
  در باتری‌های حالت جامد معمولاً برای حفظ تماس بین لایه‌ها فشار مکانیکی اعمال می‌شود. اما فناوری خودترمیم می‌تواند کاهش این نیاز را ممکن کند، به طوری که لایه خودترمیم به طور فعال فاصله‌ها را پر می‌کند بدون اینکه نیاز به فشار خارجی زیاد باشد.

• چالش‌ها و محدودیت‌ها

  • سرعت خودترمیم در مقیاس زمانی عملیاتی

  • پایداری طولانی‌مدت عملکرد خودترمیم

  • سازگاری الکتروشیمیایی و عدم تأثیر منفی بر رسانایی یونی

  • هزینه و پیچیدگی تولید مقیاس بزرگ

  • ادغام مؤثر مواد خودترمیم با سایر اجزای باتری بدون کاهش چگالی انرژی