محققان دانشگاه استنفورد روشی به‌منظور یکپارچه‌سازی سیلیکون داخل ساختار باتری‌های لیتیومی توسعه داده‌اند. از این باتری‌ها در امر نیرو دادن به گسترۀ وسیعی از افزاره‌های الکترونیکی قابل حمل؛ از قبیل دوربین‌های دیجیتالی و تلفن‌های همراه استفاده می‌شود. استفاده از نانوسیم‌های سیلیکونی در روش این محققان ضمن غلبه بر مشکلاتی که مانع استفاده از سیلیکون در این باتری‌ها می‌شوند، می‌تواند به افزایش طول عمر این باتری‌ها نیز کمک کند.
بهبود باتری‌های لیتیومی با نانوسیم‌های سیلیکونی
محققان دانشگاه استنفورد روشی به‌منظور یکپارچه‌سازی سیلیکون داخل ساختار باتری‌های
لیتیومی توسعه داده‌اند. از این باتری‌ها در امر نیرو دادن به گسترۀ وسیعی از
افزاره‌های الکترونیکی قابل حمل؛ از قبیل دوربین‌های دیجیتالی و تلفن‌های همراه
استفاده می‌شود. استفاده از نانوسیم‌های سیلیکونی در روش این محققان ضمن غلبه بر
مشکلاتی که مانع استفاده از سیلیکون در این باتری‌ها می‌شوند، می‌تواند به افزایش
طول عمر این باتری‌ها نیز کمک کند.
باتری‌های لیتیومی بر اساس حرکت یون‌های لیتیوم بین دو انتهای باتری (آند و
کاتد)، کار می‌کنند. این یون‌ها در آند که اغلب از جنس گرافیت است ذخیره می‌شوند.
هنگام استفاده از این باتری‌ها، این یون‌ها به‌سمت کاتد حرکت می‌کنند. یکی از
مزایای آند گرافیتی این است که حجم آن با ورود یون‌ها تغییر چندانی نمی‌کند و
در باتری‌های لیتیومی موجود، سرعت حرکت یون‌ها بین الکترودها خیلی زیاد است؛
اما به‌رغم این مزایا، این باتری‌ها محدودیت ذخیره‌ی بار دارند و نمی توانند
جوابگوی نیاز‌های فناوری‌های جدید باشند. این فناوری‌های جدید نیازمند ظرفیت
ذخیره‌ی بالاتر و طول عمر بیشتر باتری‌ها هستند.
سیلیکون ماده‌ای است که محققان امیدوارند بتوانند به‌وسیله‌ی آن بر این چالش‌ها
غلبه کنند؛ اما این ماده هم مشکلات مربوط به خود را دارد؛ به عنوان مثال
سیلیکون در مدت جاسازی یون‌ها درون آن، خیلی منبسط می‌شود و تبدیل به اینکه
توده‌ی شکننده‌ای می‌شود که خیلی سریع ظرفیت خود را از دست می‌دهد. به نظر
می‌رسد محققان دانشگاه استنفورد با استفاده از سیلیکون به‌صورت نانوساختاری بر
این مشکلات غلبه کرده‌اند.
این محققان موفق به ساخت نانوسیم‌های سیلیکونی با یک ساختار هسته- پوسته
شده‌اند. این ساختار همانند یک کابل هم‌محور، شامل یک سیم جامد مرکزی است که با
یک پوسته‌ی استوانه‌ای احاطه شده‌است. هسته‌ی این نانوسیم برخلاف پوسته که
دارای ساختاری بدون شکل است، ساختاری بلوری دارد.
یی کویی (یکی از این محققان) گفت: «این اجزای بلوری و بی‌شکل خواص مجزا و
متفاوتی دارند که منجر به تبدیل این نانوسیم به ماده‌ی مناسبی برای آند یک
باتری می‌شود. ما فکر می‌کنیم که این امکان وجود دارد تا از پوسته‌ی بی‌شکل
برای ذخیره‌ی یون‌ها استفاده شود؛ در صورتی که هسته به‌عنوان محافظی مکانیکی و
مسیری مؤثر در انتقال الکترون عمل کند.
هر دو سیلیکون بی‌شکل و بلوری می‌توانند یون‌های لیتیوم را به‌خوبی ذخیره کنند؛
اما ظاهراً سیلیکون بی‌شکل در دوره‌های متوالی زیاد بهتر عمل می‌کند، همچنین
پوسته‌ی بی‌شکل در یک توان بالقوۀ الکتریکی بالاتر با لیتیوم واکنش می‌دهد،
بنابراین اگر این توان بالقوه در سطح بالاتری باقی بماند، یون‌های لیتیوم
نمی‌توانند در هسته ذخیره شوند.
این محققان متوجه شدند که این نانوسیم‌ها ظرفیت بالایی را برای ذخیره‌ی بار
دارند (حدود سه برابر ظرفیت کربن) و تا صد سیکل شارژ- تخلیه، ۹۰ درصد ظرفیت خود
را حفظ می‌کنند.
نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nanotechnology Nature منتشر شده‌است.
