یک تیم تحقیقاتی الکترودهای جدیدی برای باتری‌های یون لیتیم ساخته است. در این الکترودها از نانوذرات اکسید آهن توخالی و نانولوله کربنی استفاده شده است. در این سیستم، نانوذرات میان نانولوله‌ها قرار گرفته است. به‌دلیل نقص‌های ساختاری در نانوذرات اکسید آهن، عملکرد الکترود بهبود چشمگیری داشته است.
ساخت الکترودهای جدید با استفاده از نانولوله‌های کربنی
پژوهشگران مرکز نانومواد در آزمایشگاه شیمیایی آرگونه با همکاری همتایان خود در دانشگاه شیکاگو نانوذرات اکسید آهن توخالی ساخته‌اند که حاوی نقص‌های متعددی است. این گروه تحقیقاتی از این نانوذرات برای تولید الکترودهای جدیدی استفاده کرده‌اند. برای این کار نانوذرات میان نانولوله‌های کربنی خالص قرار داده شد. زمانی که از این الکترود جدید در کاتد باتری‌های یون لیتیم استفاده شد، به‌دلیل وجود حفره‌های موجود در ساختار نانوذرات، عملکرد الکترودها بهبود قابل توجهی پیدا کرد. 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.
در الکترودهای فعلی که از نانوذرات معمولی استفاده شده، عملکرد الکترود به سرعت دچار زوال می‌شود دلیل این امر هدایت ضعیف میان نانوذرات و جمع‌کننده‌های جریان است. این الکترود جدید امکان نفوذ یون لیتیم و بازگشت آن از الکترودها را فراهم کرده در نتیجه 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.
