پایگاه خبری فولاد ایران - یک تیم مهندسی از دانشگاه کالیفرنیا ریورساید موفق شده است توضیح دهد که چرا ماده «لیتیوم لانتانوم زیرکونیوم تانتالوم اکسید» (LLZTO) – که به عنوان یکی از مواد امیدبخش برای ساخت باتری‌های تمام‌جامد شناخته می‌شود – در هنگام کارکرد، حرارت بسیار کمی تولید می‌کند. نتایج این پژوهش که در نشریه PRX Energy منتشر شده، می‌تواند نقش مهمی در طراحی نسل جدید باتری‌ها ایفا کند.
بر اساس گزارش environmentenergyleader، باتری‌های تمام‌جامد به جای استفاده از الکترولیت‌های مایع قابل اشتعال، از مواد سرامیکی مانند LLZTO بهره می‌برند، و به همین دلیل گزینه‌های ایمن‌تری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی رایج به شمار می‌آیند. با این حال، دلیل پایداری حرارتی قابل توجه این ماده تا پیش از این به طور دقیق مشخص نبود.
پژوهشگران برای بررسی رفتار حرارتی این ماده، کریستال‌های بسیار خالص LLZTO را با تکنیک ویژه «منطقه شناور» تولید کردند تا از ایجاد نقص‌های ساختاری جلوگیری شود. اندازه‌گیری‌ها نشان داد که این ماده تنها ۱.۵۹ وات بر متر-کلوین گرما را هدایت می‌کند؛ رقمی بسیار پایین‌تر از رساناهای شناخته‌شده‌ای مانند مس. این هدایت حرارتی پایین می‌تواند مانع گرم شدن بیش از حد باتری در زمان شارژ و تخلیه سریع شود.
آزمایش‌های پراکندگی نوترونی که در آزمایشگاه ملی اوک ریج انجام شد و تحلیل‌های محاسباتي پیشرفته نشان دادند که دو عامل اصلی باعث این رفتار حرارتی می‌شوند:
1. ساختار شبکه بلوری LLZTO تعداد زیادی «مدهای فونونی نوری» دارد که جریان انرژی گرمایی را مختل می‌کنند.
2. ارتعاشات اتمی در این ماده بسیار غیرخطی و پیچیده هستند، به‌ویژه هنگام حرکت یون‌های لیتیوم در شبکه.
این یافته‌ها نشان می‌دهد که انتقال حرارت در این ماده پیچیده‌تر از آن چیزی است که مدل‌های باتری فعلی فرض می‌کنند.
نتایج این مطالعه برای صنایعی مانند خودروهای برقی، ذخیره‌سازی انرژی شبکه و تجهیزات الکترونیکی پیشرفته اهمیت زیادی دارد؛ زیرا مدیریت حرارتی کارآمد نه تنها برای عملکرد، بلکه برای رعایت استانداردهای ایمنی حیاتی است. شناخت بهتر رفتار موادی مانند LLZTO می‌تواند به طراحی باتری‌هایی کمک کند که بدون نیاز به سامانه‌های خنک‌کننده سنگین، عملکرد پایدار و ایمنی بالایی داشته باشند.
این دستاورد می‌تواند گامی مهم در تسریع توسعه و پذیرش باتری‌های تمام‌جامد باشد؛ فناوری‌ای که یکی از چالش‌های اصلی آن، کنترل حرارت بوده است.
منبع: environmentenergyleader