نسل جدیدی از باتری‌ها با کمک نانوماده جدید

پژوهشگران در موسسه پلی‌تکنیک رنسلار نوع کاملاً جدید از نانومواد ساخته‌اند که با استفاده از آن می‌توان نسل جدیدی از باتری‌ها یون لیتیومِ قابل شارژ پرتوان برای خودروهای الکتریکی، کامپیوترهای لپ‌تاپ، تلفن‌های همراه و دیگر افزاره‌های قابل حمل ساخت.

پژوهشگران در موسسه پلی‌تکنیک رنسلار نوع
کاملاً جدید از نانومواد ساخته‌اند که با استفاده از آن می‌توان نسل جدیدی
از باتری‌ها یون لیتیومِ قابل شارژ پرتوان برای خودروهای الکتریکی،
کامپیوترهای لپ‌تاپ، تلفن‌های همراه و دیگر افزاره‌های قابل حمل ساخت.

این ماده جدید که بدلیل اینکه شکلش شبیه مخروطی است که یک گلوله بستنی شکل
روی نوکش می‌باشد، نانوگلوله‌‌ی بستنی شکل نامیده می‌شود؛ می‌تواند سرعت‌های
بی‌نهایت بالایی از شارژ و تخلیه را تحمل کند، در حالی که سرعت‌های بالای
شارژ و تخلیه سبب می‌شوند که الکترودهای مرسوم استفاده شده در باتری‌های
یون لیتیوم امروزی، به سرعت تحلیل رفته و شکسته شوند. دلیل این توانایی‌های
نانوماده مذکور اندازه، ساختار و ترکیب بی‌نظیرش می‌باشد.
 

تصویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشگر این نانوماده جدید.
این گروه به رهبری نیخیل کوراکتار شرح داد
که چگونه یک الکترود ساخته شده از این نانوماده می‌تواند با سرعت‌هایی حدود
۴۰ تا ۶۰ برابر بیشتر از آندهای باتری‌های مرسوم شارژ و تخلیه شود، در حالی
که چگالی انرژی خود را در حد قابل قبولی حفظ کند. این عملکرد عالی که به
بالای ۱۰۰ چرخه پیوسته شارژ- تخلیه رسید، به این پژوهشگران اطمینان داد که
این فناوری جدید توان بالقوه بزرگی برای طراحی و ساخت باتری‌های قابل شارژ
یون لیتیوم ظرفیت و توان بالا دارد.

نانوماده این پژوهشگران متشکل از یک نانومیله کربنی (C) در انتها است که
روی نوک آن لایه‌ای‌ از آلومینیوم (Al) نانومقیاس و سپس گلوله‌ی بستنی شکلی
از سیلیکون (Si) نانومقیاس قرار دارد. این ساختار انعطاف‌پذیر است و قادر
است با سرعت‌های بسیار بالایی پذیرای یون‌های لیتیوم باشد و آنها را تخلیه
کند، بدون آنکه صدمه‌ای ببیند. ساختار قطعه قطعه‌ی این نانوماده اجازه
می‌دهد که کرنش به تدریج از کربن انتهایی به لایه آلومینیومی و در نهایت به
گلوله بستنی شکل سیلیکونی انتقال یابد. این انتقال تدریجی کرنش باعث گذار
ناگهانی کمتری در تنش در عرض فصل‌مشترک‌های این لایه‌ها می‌شود و بی‌نقصی
ساختاری این الکترود را بهبود می‌دهد.

همچنین طبق گفته این پژوهشگران از آنجایی که نانوساختارها در مقایسه با
مواد توده‌ای تمایل کمتری به ترک برداشتن دارند، اندازه نانومقیاس این ماده
حیاتی است.

این پژوهشگران در مرحله بعد سعی خواهند کرد که این نانوماده را روی بسترهای
انعطاف‌پذیر رشد دهند.

جزئیات نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی Nano Letters منتشر شده است.