با نانوسیم‌ها می‌توان میکروباتری‌های کارآمدی ساخت

پژوهشگران در دانشگاه رایس به ساخت میکروباتری‌های سه بعدی کارآمدی که سریع‌تر شارژ می‌شوند و نسبت به باتری‌های یون لیتیوم مرسوم مزایای دیگری نیز دارند، یک مرحله نزدیک‌تر شده‌اند. این باتری‌ها می‌توانند نسل‌های جدید حسگر‌های قابل‌کنترل از راه دور، صفحه‌های نمایشگر، کارت‌های هوشمند، الکترونیک انعطاف‌پذیر و افزاره‌های زیست‌پزشکی، را توان دهند.

پژوهشگران در دانشگاه رایس به ساخت
میکروباتری‌های سه بعدی کارآمدی که سریع‌تر شارژ می‌شوند و نسبت به باتری‌های
یون لیتیوم مرسوم مزایای دیگری نیز دارند، یک مرحله نزدیک‌تر شده‌اند. این
باتری‌ها می‌توانند نسل‌های جدید حسگر‌های قابل‌کنترل از راه دور، صفحه‌های
نمایشگر، کارت‌های هوشمند، الکترونیک انعطاف‌پذیر و افزاره‌های زیست‌پزشکی،
را توان دهند.
یک باتری یون لیتیوم نانوساختار ساخته‌شده بوسیله این پژوهشگران که در مقایسه با
باتری‌های یون لیتیوم مرسوم، سریع‌تر شارژ می‌شود و عمر طولانی‌تر دارد.
در این باتری‌ها از آرایه‌های عمودی
نانوسیم‌های قلع- نیکلی که بطور کامل در پلی‌متیل‌متاکریلات (PMMA) درج شده‌اند،
استفاده شده است. این پژوهشگران برای روکش‌دهی نانوسیم‌های منفرد با لایه
نرمی از یک الکترولیت ژلی مبتنی بر PMMA، راهی پیدا کرده‌اند. این روکش
الکترولیتی این سیم‌ها را از الکترود شمارنده جدا می‌کند، در حالی که به
یون‌ها اجازه عبور می‌دهد.

این دانشمندان داخل خلل و فرج‌های یک قالب آلومینایی که بصورت قطب مثبت
درآورده شده بود، بواسطه الکتروترسیب آرایه‌هایی از نانوسیم‌هایی به طول ۱۰
میکرون رشد دادند. سپس آنها با استفاده از یک تکنیک اِچینگ شیمیایی ساده،
این خلل و فرج‌ها را پهن کردند و برای روکش‌دهی نانوسیم‌ها با PMMA قطراتی
حاوی PMMA روی این آرایه‌های داخل خلل و فرج ریختند. در مرحله نهایی با یک
شستشوی ساده شیمیایی قالب آلومینایی را حذف کردند.

آراوا موهاناردی، رهبر این گروه تحقیقاتی گفت: ” تحول اصلی در این کار،
توانایی برای قرار دادن یک روکش سازگار از PMMA روی یک نانوسیم با طول زیاد،
می‌باشد. حتی یک شکست کوچک در این روکش آن را تخریب خواهد کرد”. او اضافه
کرد که این راهبرد را می‌توان برای نانوسیم‌های دیگری که قابلیت‌های
بالاتری دارند، استفاده کرد.

این پژوهشگران میکروباتری‌های یک سانتیمترمربعی ساخته‌اند که در مقایسه با
باتری‌های مسطح دارای الکترودی با همان طول، انرژی بیشتری ذخیره می‌کنند و
سریع‌تر شارژ می‌شوند. آنها می‌گویند که با سه‌بعدی کردن این میکروباتری‌ها
می‌توان انرژی بیشتری ذخیره کرد.

این دانشمندان باور دارند که ایجاد روکشی از جنس PMMA تعداد دفعاتی که یک
باتری می‌تواند شارژ شود، را افزایش می‌دهد. این روکش با پایدارکردن شرایط
بین این نانوسیم‌ها و الکترولیت مایع، که به مرور زمان تمایل به تخریب شدن
دارد، این کار را انجام می‌دهند.

تصاویر میکروسکوپ الکترونی نانوسیم‌ها بعد از تعداد زیادی چرخه شارژ- تخلیه،
هیچ نوع شکستی (حتی سوراخ‌های ریز) در این روکش‌ PMMA نشان نمی‌دهند.
بنابراین این روکش مقاومت در برابر افزایش حجم در این الکترود را تقویت
کرده و طول عمر این باتری‌ها را افزایش می‌دهد.

جزئیات نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nano Letters منتشر شده است.