استفاده از نانوذرات اکسید آهن متخلخل در باتری‌های یون لیتیم

یک تیم تحقیقاتی در آمریکا از نانوذرات و نانولوله‌های کربنی الکترودهایی ساخته که می‌تواند عملکرد باتری‌های یون لیتیم را بهبود دهد. در این پروژه از نانوذرات به‌عنوان لایه جدا کننده در میان نانولوله‌ها استفاده شده است. نانوذرات به‌کار رفته در این الکترود ترکیبات آهن با نقص ساختاری هستند که موجب افزایش کارایی و ظرفیت باتری می‌شود. این الکترودها بعد از ۵۰۰ بار شارژ و دشارژ هنوز عملکرد خوبی دارند.

یک تیم تحقیقاتی در آمریکا از نانوذرات و
نانولوله‌های کربنی الکترودهایی ساخته که می‌تواند عملکرد باتری‌های یون
لیتیم را بهبود دهد. در این پروژه از نانوذرات به‌عنوان لایه جدا کننده در
میان نانولوله‌ها استفاده شده است. نانوذرات به‌کار رفته در این الکترود
ترکیبات آهن با نقص ساختاری هستند که موجب افزایش کارایی و ظرفیت باتری
می‌شود. این الکترودها بعد از ۵۰۰ بار شارژ و دشارژ هنوز عملکرد خوبی
دارند.

پژوهشگران مرکز مواد نانومقیاس در آزمایشگاه ملی آرگونه نانوذرات اکسید آهن
تو خالی که دارای نقص‌های زیادی است سنتز کردند. این پروژه با همکاری
محققانی از دانشگاه شیکاگو، گروه اینترفیس نانوبیو در مرکز CNM و موسسه
منبع فوتون پیشرفته انجام شده است. اخیرا مفهوم جدیدی از الکترود ارائه شده
است که در آن نانولوله‌های کربنی توسط نانوذرات محاط می‌شوند. زمانی که این
الکترودهای جدید به‌عنوان کاتد مورد استفاده قرار می‌گیرند، وجود نقص‌ها و
جاهای خالی آهن موجب می‌شود تا عملکرد باتری یون لیتیم بهبود یابد.

 

 
 
الکترودهای مبتنی بر نانوذرات رایج به سرعت
دچار زوال می‌شوند زیرا هدایت الکتریکی میان نانوذرات و رشته رسانا تضعیف
می‌شود. اما در این سیستم جدید امکان نفوذ یون لیتیم و بازگشت آن از
الکترودها موجب می‌شود تا ظرفیت و کارایی سیستم افزایش یابد. این ویژگی
موجب پایداری (عملکرد عالی بعد از ۵۰۰ بار شارژ و دشارژ شدن) می‌شود. نتایج
این تحقیق نشان می‌دهد که مورفولوژی نانومواد در عملکرد باتری نقش اساسی
ایفا می‌کند.

پژوهشگران این پروژه، نانوذرات توخالی اکسید آهن گاما را سنتز کردند این
نانوذرات چهار برابر نانوذرات جامد یا مواد توده‌ای حفره کاتیون دارد.
محققان این نانوذرات را میان نانولوله‌های کربنی چندجداره خالص قرار دادند
بدون این که هیچ گونه افزودنی یا مواد نگهدارنده به آن اضافه کنند. نتایج
تست‌های الکتروشیمیایی نشان از ظرفیت بالای الکترودها ( ۱۳۲ میلی آمپر ساعت
در ۲٫۵ ولت)، کارایی کلمبی ۹۹٫۷ درصد، نرخ عملکردی بالا ( ۱۳۳ میلی آمپر
ساعت در ۳۰۰۰ میلی آمپر در هر گرم) و پایداری عالی دارد.

این تیم تحقیقاتی با استفاده از جذب سینکروتون اشعه ایکس و روش‌های پراش
تغییر شکل نانوذرات را مورد مطالعه قرار دادند این آزمایشات درک بهتری از
فرآیند پردازش لیتیم در طول سیکل الکتروشیمیایی ارائه می‌کند. نتایج این
تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Hollow iron oxide nanoparticles for
application in lithium ion batteries در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده
است.