یی کویی و همکارانش در دانشگاه استانفورد برای ساخت یک کاتد باتری لیتیومی قابل شارژ عالی از نانوالیاف حفره‌دار روکش داده شده با گوگرد و یک افزودنی الکترولیتی استفاده کرده‌اند. طبق گفته این محققان، استفاده از آندهای نانوسیم سیلیکونی و کاتدهای کربن روکش داده شده با گوگرد در یک باتری می‌تواند منجر به نسل جدیدی از باتری‌ها شود.
نانوالیاف گوگرددار جهت غلبه بر چالش‌های باتری لیتیومی
یی کویی و همکارانش در دانشگاه استانفورد برای ساخت یک کاتد باتری لیتیومی
قابل شارژ عالی از نانوالیاف حفره‌دار روکش داده شده با گوگرد و یک افزودنی
الکترولیتی استفاده کرده‌اند. طبق گفته این محققان، استفاده از آندهای
نانوسیم سیلیکونی و کاتدهای کربن روکش داده شده با گوگرد در یک باتری می‌تواند
منجر به نسل جدیدی از باتری‌ها شود.
کویی گفت: “گوگرد ماده‌ای است که می‌تواند ظرفیت ذخیره بار را ۱۰ برابر کند،
اما ولتاژ آن حدود نصف ولتاژ باتری‌های موجود می‌باشد.” هم ولتاژ و هم
ظرفیت بار الکتریکی، مقدار انرژی که یک باتری می‌تواند تحویل دهد، را تحت
تاثیر قرار می‌دهند.
باتری‌های گوگرد – لیتیوم بدلیل هزینه کم و عدم سمیت گوگرد، توجه زیادی به خود جلب
کرده‌اند. با این حال، تولیدهای قبلیِ کاتدهای گوگردی لیتیوم قابلیت تجاری شدن را
نداشته‌اند، زیرا عملکرد آنها بعد از تکرار چرخه شارژ و تخلیه شدن به سرعت ضعیف می‌شود.
روش ساخت جدید این محققان بعضی از مشکل‌های مربوط به بکارگیری این ماده در کاتد یک
باتری بادوام، را برطرف می‌کند.
در کاتدهای گوگرد – لیتیوم قبلی ساخته شده، گوگرد روی ساختارهای کربن نسبتا باز
روکش‌دهی می‌شد و این بدلیل اینکه گوگرد را در معرض محلول الکترولیت باتری قرار می‌داد،
مشکل‌ساز بود. موقعی که محصولات میانی واکنش بنام پلی‌سولفیدهای لیتیوم با محلول
الکترولیت در تماس باشند، با انحلال در الکترولیت ظرفیت باتری را کاهش می‌دهند.
اکنون این محققان در فرآیند ساخت بی‌نظیر خود با روکش‌دهی گوگرد روی سطح داخلی
نانوالیاف کربنی حفره‌دار، این مشکل را حل کرده‌اند. این فرآیند ساخت بر بکارگیری
یک فناوری فیلتر قابل‌دسترسی از نظر تجاری که بطور نرمال برای فیلتراسیون آب
استفاده می‌شود، متکی است.
این کاتد جدید ظرفیت باتری را نیز بهبود می‌دهد، زیرا ساختار نسبتا بسته‌ای دارد که
از نشت قابل‌توجه پلی‌سولفیدها به داخل محلول الکترولیت جلوگیری می‌کند. بعلاوه این
محققان برای بهبود بهره ذخیره انرژی باتری ساخته شده با این روش، از افزودنی
الکترولیتی استفاده کردند که راندمان انرژی و بار باتری معروف به راندمان کولنی را
تقویت می‌کند.
کویی گفت: “اگر شما ۱۰۰ الکترون به این باتری تزریق کنید، بدون این افزودنی ۸۵
الکترون خروجی بدست می‌آورید و با این افزودنی ۹۹ الکترون خروجی خواهید داشت.”
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند.
