بهبود علمکرد باتری با نانوساختار سه بعدی کربنی

پژوهشگران دانشگاه استنفورد با استفاده از نوعی ترکیب کربنی جدید موفق به بهبود علمکرد باتری‌ها شدند. ژنان باو، از محققان این پروژه، می‌گوید: «ما موفق به طراحی نوعی ساختار کربنی شدیم که می‌تواند ذخیره‌سازی انرژی را در باتری‌ها افزایش دهد به طوری که عملکرد باتری‌های سولفور-لیتیم و ابرخازن‌ها را نیز بهبود می‌دهد.»
ساختاری که این گروه تحقیقاتی ارائه کردند نسبت به کربن فعال از عملکرد بالاتری برخوردار است به طوری که در حوزه‌های مختلف از فیلتراسیون آب و گندزدایی هوا گرفته تا ذخیره انرژی می‌تواند موجب بهبود سیستم شود.
در حال حاضر برای تولید کربن فعال از پوست نارگیل استفاده می‌شود. برای فعال کردن کربن، پوست نارگیل را در دمای بالا می‌سوزانند و سپس به صورت شیمیایی آن را اصلاح می‌کنند. با تولید کربن فعال، نانوحفره‌هایی در سطح کربن ایجاد می‌شود که مساحت سطحی این ماده را افزایش داده و موجب افزایش فعالیت کاتالیستی و ذخیره‌سازی این ماده می‌شود. اشکال کربن فعال این است که ارتباط کمی میان حفره‌ها در این ماده وجود دارد که توانایی انتقال الکتریکی آن را کاهش می‌دهد.
ناخالصی‌های موجود در پوست نارگیل نیز موجب بروز مشکلاتی می‌شود. محققان برای حل این مشکل، شبکه سه بعدی کربنی از یک پلیمر ایجاد کردند. آن‌ها برای این کار از یک هیدروژل رسانا که یک پلیمر مبتنی بر آب است استفاده کردند.
این گروه از یک روش کربنیزه کننده ملایم برای تبدیل این پلیمر به ورق کربنی با ضخامت نانومتری استفاده کردند. با این کار ساختار شبکه‌ای سه بعدی به دست می‌آید که ارتباط میان حفره‌ها در آن خوب بوده و از هدایت الکتریکی بالایی برخوردار است. این گروه برای افزایش مساحت سطحی از هیدروکسید پتاسیم استفاده کردند. افزایش دما از 400 به 1650 درجه موجب افزایش 10 برابری حفره‌ها می‌شود.
نتایج پژوهش‌های انجام شده روی این ماده نشان می‌دهد که مساحت سطحی آن 4073 متر مربع در هر گرم است که برابر با سه زمین فوتبال آمریکایی است.

نتایج این پژوهش در نشریه منتشر ACS Central Science شده است.