نتایج تحقیق گروهی از دانشمندان در موسسه فناوی جرجیا نشان می‌دهدکه یک ساختار آند با عملکرد بالا مبتنی بر مواد نانوکامپوزیتی کربن- سیلیکون می‌توان عملکرد باتریهای یون لیتیوم را به شدت افزایش دهد.
بهبود عملکرد باتری یون لیتیوم با نانوکامپوزیتهای خودآرا
نتایج تحقیق گروهی از دانشمندان در موسسه فناوی جرجیا نشان می‌دهدکه یک ساختار آند
با عملکرد بالا مبتنی بر مواد نانوکامپوزیتی کربن- سیلیکون می‌توان عملکرد باتریهای
یون لیتیوم را به شدت افزایش دهد. باتریهای یون لیتیوم درگستره وسیعی ازکاربردها از
وسائل نقلیه‌ی هیبریدی گرفته تا وسائل الکترونیکی قابلحمل، استفاده می‌شوند.
باتریهای یون لیتیوم با انتقال یونهای لیتیوم بین دو الکترود (یک کاتد و یک آند)
درسرتاسر یک الکترولیت مایع کار می‌کنند. باتریهای یون لیتیوم مبتنی برآندهای
ساخته‌شده از گرافیت هستند. آندهای مبتنی بر سیلیکون از نظر تئوری در مقایسه با
آندهای‌گرافیتی، ظرفیت را ده برابر بهبود می‌دهند، اما آندهای مبتنی بر سیلیکون
تاکنون برای استفاده عملی به اندازه کافی پایداری نداشته‌اند و درآنها هنگام انبساط
و انقباض ناشی از ورود و خروج (شارژ و تخلیه) یونهای لیتیوم به یا از سیلیکون،
ترک‌هایی ایجاد می‌شود که سریعاٌ باعث افت عملکرد می‌شوند.
ماده نانوکامپوزیتی جدید این مشکل را حل می‌کند و بطور بالقوه به طراحان
باتری اجازه می‌دهد که از مزایای ظرفیت بالای سیلیکون استفاده کنند.
ساخت این آندکامپوزیتی با تشکیل ساختارهای شاخه‌ای بسیار رسانا شروع شد.
این ساختارها از نانوذرات کربن فعال آنیل شده در یک کوره‌ی لوله‌ای دما
بالا ساخته شده بودند. سپس با استفاده از یک فرآیند ترسیب بخار شیمیایی
نانوکره‌های سیلیکونی با قطرکمتر از ۳۰ نانومتر داخل این ساختارهای کربنی
تشکیل شدند. این ساختارهای کامپوزیتی سیلیکون-کربن به سیب‌ها‌ی آویزان روی
یک درخت شباهت دارند.
در مرحله بعد با استفاده ازکربن‌گرافیتی به‌عنوان یک پیونددهنده‌ی رسانا،
این نانوکامپوزیتهای سیلیکون-کربن به شکل کرههای سختی که کانال‌ها‌ی حفره‌ای
بهم‌پیوسته‌ی بازی دارند، به‌طور خودبه‌خود آرایش می‌یابند. این‌کره‌ها که
اندازهایی بین ۱۰ تا ۳۰ میکرون دارند، برای تشکیل آندهای باتری استفاده
می‌شوند.
کانال‌ها‌ی درونی در این کرههای سیلیکون- کربن دو کار انجام می‌دهند.
الکترولیت مایع وارد آنها شده و امکان ورود سریع یونهای لیتیوم برای شارژ
سریع باتری را فراهم می‌کند و فضایی برای انبساط و انقباض (هنگام شارژ و
تخلیه) بدون ترک‌خوردن این آند، ایجاد می‌کنند. این کانال‌ها‌ی درونی و
ذرات نانومقیاس همچنین مسیرهای نفوذ لیتیوم به داخل آند راکوتاه کرده و
مشخصه‌ها‌ی توان باتری را تقویت می‌کنند.
این محققان اعتقاد دارند که مقیاس تولید این نانوکامپوزیتهای
سیلیکون-کربن به‌عنوان یک فرآیند پیوسته می‌تواند افزایش یابد.
نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nature Materials منتشرشده‌است.
