باتری‌های لیتیومی شفاف برای پنجره‌های تولیدکننده برق

دانشمندان در دانشگاه استانفورد با ساخت یک باتری یون لیتیوم شفاف، پنجره‌های تولیدکننده الکتریسیته را یک قدم به واقعیت نزدیک‌تر کردند. الکترودهایی که به شبکه‌ای به پهنای ۳۵ میکرومتر محدود می‌شوند، برای مشاهده با چشم غیرمسلح بسیار نازک هستند. با توجه به اینکه هم مواد آندی و هم کاتدی معمولا کدر هستند، ساخت چنین الکترودهایی بزرگ‌ترین چالش برای باتری‌های یون لیتیوم شفاف است. اکنون گروه یی‌کو با ساخت الکترود‌های بسیار نازکی این مشکل را حل کرده است.

دانشمندان در دانشگاه استانفورد با ساخت یک باتری یون لیتیوم شفاف، پنجره‌های
تولیدکننده الکتریسیته را یک قدم به واقعیت نزدیک‌تر کردند. الکترودهایی که
به شبکه‌ای به پهنای ۳۵ میکرومتر محدود می‌شوند، برای مشاهده با چشم
غیرمسلح بسیار نازک هستند. با توجه به اینکه هم مواد آندی و هم کاتدی
معمولا کدر هستند، ساخت چنین الکترودهایی بزرگ‌ترین چالش برای باتری‌های
یون لیتیوم شفاف است. اکنون گروه یی‌کو با ساخت الکترود‌های بسیار نازکی
این مشکل را حل کرده است.
 
این محققان با تولید الکترودهای بسیار ریز قادر به ساخت باتری‌های شفاف شدند.

آنها مواد الکترودی را در شبکه‌‌ای از شیارها در پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان (PDMS) شفاف
قرار دادند. با دسته کردن و هم‌راستا کردن این شبکه‌ها با لایه‌های اضافی الکترود‌ها،
این امکان وجود دارد که ظرفیت ذخیره انرژی این باتری را بدون تحت تأثیر قرار دادن
شفافیتش افزایش داد.

این دانشمندان برای جمع‌آوری جریان تولید‌شده، لایه‌ای از طلا به ضخامت ۱۰۰ نانومتر
روی PDMS ترسیب کردند. آنها برای کشیدن دوغابی از آب و مواد الکترودی به داخل این
شبکه‌ها جهت ایجاد ساختار این باتری، از پدیده موئینگی بهره بردند. نانومیله‌های
LiMn2O4 برای مواد کاتدی و نانوپودرهای Li4Ti5O12برای مواد آندی استفاده شدند.

این گروه تحقیقاتی سپس لایه‌ای از یک الکترولیت شفاف بین این دو الکترود قرار داد و
این شبکه‌ها را تحت یک میکروسکوپ نوری به صورت دستی هم‌راستا کرد. در نهایت آنها کل
این افزاره را در یک کیسه پلیمری شفاف با دو نوار آلومینیومی در دو انتها، قرار
دادند. این دانشمندان با تغییر فضای بین این شیارها، به شفافیت‌های ۶۰،۷۸ و۳۰ درصد
رسیدند. چگالی انرژی برای این شفافیت‌ها به ترتیب ۵ ، ۱۰ و ۲۰ وات ساعت بر لیتر بود.

جانگسیونگ ‌یون، یک متخصص نانوالکترونیک در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، می‌گوید: که
روش این گروه تحقیقاتی به طور ویژه جذاب است و برای مساحت‌های بزرگ قابلیت افزایش
مقیاس را دارد. این توانایی اجازه خواهد داد که برای ساخت پنچره‌های هوشمند، یک
لایه نازک ذخیره‌کننده انرژی روی پنچره‌ها ایجاد کرد.

این افزاره‌ها را می‌توان با پیل‌های خورشیدی شفاف که قبلا ساخته شده‌اند، ترکیب
کرد و این امکان را فراهم کرد که مقداری از انرژی خورشیدی را هنگام عبور به داخل
ساختمان در طول روز ذخیره کرد و آن را برای افزاره‌های الکترونیکی کم‌مصرف در طول
شب استفاده کرد.

این دانشمندان می‌گویند که با بهینه‌سازی ساده و بکارگیری روش های صنعتی می‌توان به
چگالی انرژی ۵۰ وات‌ساعت بر لیتر رسد.

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Proc. Natl Acad. Sci.
منتشر کرده‌اند.