گروه دانشگاه خبرگزاری آنا- هانا حیدری؛  باتری‌های لیتیوم یونی که در گوشی‌های هوشمند و لپ‌تاپ استفاده می‌شود، شامل چهار بخش اصلی کاتد، آند، الکترولیت و جداکننده (سپراتور یا غشا) است. هر کدام از این اجزا نقش خاصی را ایفا می‌کنند، برای مثال جداکننده همان غشایی است که اجازه عبور یون لیتیوم میان آند و کاتد را می‌دهد و مانع از اتصال این دو الکترود به یکدیگر می‌شود.

مشکل باتری‌های لیتیوم یونی کجاست؟

در باتری‌های لیتیوم یونی حرکت یون لیتیوم از آند به کاتد و بالعکس منجر به شارژ و دی‌شارژ شدن می‌شود. جداکننده باتری‌های فعلی از جنس پلی‌اُلِفین‌هایی چون پلی‌اتیلن است که برای باتری‌های قدیمی‌تر طراحی شده بود. درواقع جداکننده‌ای برای باتری‌های لیتیوم یونی طراحی نشده و از همان جداکننده قدیمی در این باتری‌ها نیز استفاده می‌شود. این امر باعث بروز مشکلاتی چون پایداری حرارتی پایین و ایمنی کم شده است.

پلی‌اتیلن در دمای بالای 100 درجه شروع به کوچک شدن می‌کند و در دمای 120 درجه به طور کامل ذوب می‌شود. برخی از شرکت‌های تولیدکننده برای رفع این مشکلات لایه سرامیکی روی جداکننده باتری‌های لیتیوم یون نشانده‌اند که منجر به افزایش ایمنی و  پایداری حرارتی آن شود. با این حال معضلات باتری‌های لیتیوم یونی هنوز به طور کامل رفع نشده است.

طراحی جداکننده مخصوص برای باتری‌های لیتیوم یونی

حال یک گروه تحقیقاتی ایرانی با استفاده از الیاف نانویی جداکننده جدیدی برای باتری‌های لیتیوم یونی طراحی کرده‌اند که پایداری حرارتی آن تا دمای 180 درجه است. بدین‌ترتیب این باتری تا دمای 180 درجه نه‌تنها کوچک، چروک و جمع نمی‌شود بلکه مانع از اتصال دو الکترود می‌شود. این امر ایمنی و پایداری باتری‌های لیتیوم یونی را به طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.

به گفته امید جوادی، یکی از محققان این پژوهش؛ این جداکننده به طور ویژه برای باتری‌های لیتیوم یونی و براساس الزامات مورد نیاز یک «سپراتور» (غشاء) طراحی شده و علاوه‌ بر این پارامترهای دیگری چون کنترل تخلخل نیز در آن در نظر گرفته شده است.  تخلخل 40 درصد برای جداکننده باتری‌های لیتیوم یون از جمله عوامل مهم در نفوذپذیری به شمار می‌رود. هرچه تخلخل بالا باشد، نفوذپذیری و جذب الکترولیت افزایش می‌یابد. میزان تخلخل این جداکننده بیش از 60 درصد است و توانایی هدایت یونی آن بالایی دارد.

الکترولیت باید آب‌دوست باشد!

جداکننده‌هایی که در باتری‌های لیتیوم یونی فعلی استفاده می‌شود، آب‌گریز است و الکترولیت را جذب نمی‌کند. این امر باعث می‌شود الکترولیت به شکل مایعِ جدا از سپراتور داخل باتری بماند. نقش الکترولیت حمل یون لیتیوم است، بنابراین اگر الکترولیت آب‌دوست باشد، به طور دائم داخل جداکننده باقی می‌ماند و جابه‌جایی یون لیتیوم نیز آسان‌تر می‌شود.

جوادی می‌گوید؛ از آنجایی که جداکننده الکترولیت را جذب نمی‌کند، الکترولیت به حالت مایع باقی می‌ماند. جدایی الکترولیت و سپراتور باعث می‌شود برخی از مناطق جداکننده خشک شوند که این امر باعث کاهش طول عمر باتری می‌شود. جداکننده‌ای که توسط این گروه تحقیقاتی طراحی شده قادر است تا 500 درصد (500 برابر وزن خود) الکترولیت جذب کند، بنابراین جداکننده هرگز خشک نمی‌ماند و طول عمر آن نیز افزایش می‌یابد.

عرضه باتری‌های لیتیوم یونی با عمر طولانی تا 6 ماه آینده 

جداکننده حالت غشاءمانندی دارد و دانشمندان ایرانی با استفاده از نانوالیاف نانومحصولی ارائه کرده‌اند که طول عمر باتری‌های لیتیوم یونی را افزایش می‌دهد. این پروژه با حمایت ستاد توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری و با همکاری یک شرکت تولیدکننده دستگاه الکترولیسی انجام می‌شود. گروه تحقیقاتی  بیش از یک سال روی توسعه این جداکننده باتری کار کرده‌اند. فاز آزمایشگاهی این محصول با موفقیت پیش رفته، نمونه اولیه آن ساخته شده و پژوهشگران در حال طراحی و ساخت نمونه نیمه‌صنعتی برای عرضه به بازار هستند.

پیش‌بینی می‌شود باتری‌های لیتیوم یونی حاوی جداکننده جدید تا 6 ماه دیگر به بازار عرضه شود. این امر می‌تواند تحول شگرفی در صنعت باتری ایجاد کند. باتری‌های لیتیوم یون کاربردهای بسیاری در زمینه‌های مختلف مانند گوشی هوشمند، دوربین عکاسی و حتی خودروهای برقی و هیبریدی دارد. بنابراین افزایش عمر این باتری‌های پرکاربرد نه‌تنها یکی از مشکلات بسیاری از صنایع را حل می‌کند بلکه به حفظ محیط زیست نیز کمک می‌کند.