آیا فسفات آهن لیتیوم نانوساختار می‌تواند گزینه مناسبی برای استفاده در نسل بعدی باتری‌های لیتیومی باشد و به‌رغم نارسانا بودن، الکتریسیته را هدایت کند؟ اخیراً شیمی‌دانانی از دانشگاه دِبوردئوکس فرانسه، مدلی با نام مدل دومینو-آبشار(domino-cascade) عرضه کرده‌اند که نشان می‌دهد تنش‌های موضعی درون این نانومواد اجازه می‌دهد تا رسانایی الکتریکی و یونی، از ناحیه‌ای به ناحیه بعدی انتشار یافته، عملکردی مشابه یک باتری به ماده بدهد.
باتری‌های لیتیومی نانوموادی جدید برای ماشین‌های الکتریکی
|
آیا فسفات آهن لیتیوم نانوساختار می‌تواند گزینه مناسبی برای استفاده در نسل بعدی باتری‌های لیتیومی باشد و به‌رغم نارسانا بودن، الکتریسیته را هدایت کند؟ اخیراً شیمی‌دانانی از دانشگاه دِبوردئوکس فرانسه، مدلی با نام مدل دومینو-آبشار(domino-cascade) عرضه کرده‌اند که نشان می‌دهد تنش‌های موضعی درون این نانومواد اجازه می‌دهد تا رسانایی الکتریکی و یونی، از ناحیه‌ای به ناحیه بعدی انتشار یافته، عملکردی مشابه یک باتری به ماده بدهد. باتری‌های لیتیومی که سه یا چهار برابر بیشتر از باتری‌های معمولی انرژی ذخیره می‌کنند هم‌اکنون به شکل گسترده‌ای در افزاره‌های الکترونیکی قابل‌حمل؛ مثل رایانه‌ها، گوشی‌های تلفن، اجراکننده‌های MP3 و… مورد استفاده قرار می‌گیرند. مواد الکترود مثبت در این باتری‌ها کارایی بسیار بالایی دارند، اما گران‌تر از آنند که در باتری‌های بزرگ در وسایل نقلیه الکتریکی و نسل دوم وسایل نقلیه هیبریدی(ترکیبی) استفاده شوند. در آینده، برای چنین کاربردهایی می‌توان از فسفات آهن لیتیوم نانوساختار استفاده کرد. فسفات آهن لیتیوم زیست‌سازگار است و خصوصیات بسیار ممتازی دارد که هزینه کم و پایداری حرارتی خوب که به دلایل ایمنی مهم هستند نیز به آنها اضافه می‌شوند. این ویژگی‌ها موجب شده تا این ماده، بهترین گزینه برای استفاده در باتری‌های لیتیومی و خودروهای الکتریکی در آینده باشد. با این حال، این ماده فاقد خصوصیات رسانایی یونی و الکتریکی است که یک الکترود به آنها نیاز دارد. این شیمی‌دانان نخستین افرادی هستند که این تناقض را تشریح کرده‌اند. آنها از طریق مطالعه فسفات آهن لیتیوم نشان دادند که ایجاد چرخه‌های شارژ- تخلیه باتری مذکور، از طریق یک «فرایند آبشاری دومینو» ممکن می‌شود. این پدیده در لحظه‌ای رخ می دهد که تنش‌ها در سطح مشترک بین ماده در حال تخلیه و ماده‌ای که تخلیه شده‌است، وجود دارند؛ از این رو، رسانایی الکتریکی و یونی در ناحیه مشترک بسیار سریع است و سطح مشترک همانند دومینو جابه‌جا شده، رسانایی از نقطه‌ای به نقطه بعدی منتشر می‌گردد. اندازه‌گیری‌های میکروسکوپی اعتبار این مدل را تأیید کرده‌اند. این فرایند واکنشی جدید که شبیه به رفت و برگشت موجی درون نانوبلور است نشان می‌دهد که چگونه دو ماده نارسانا(یکی در حالت شارژ و دیگری در حالت تخلیه) می‌توانند عملکرد باتری‌های لیتیوم-یون را داشته باشند. این نتایج یک گام مهم به‌سوی دستیابی به مواد الکترودی ایمن و مقرون‌به‌صرفه‌ای است که برای نسل بعدی باتری‌های لیتیومی مورد نیاز هستند. نتایج این تحقیق در نشریه Nature Materials به چاپ رسیده‌است. |
