محققان در دانشگاه رایس و دانشگاه کاتولیک‌لاوین در بلژیک، برای ساخت اجزاء انعطاف‌پذیر برای باتری‌های یون لیتیوم از سیلیکون دورریز، روشی ارائه کرده‌اند.
باتری‌های یون لیتیوم بهتر با نانوسیم‌های سیلیکونی
محققان در دانشگاه رایس و دانشگاه کاتولیک‌لاوین در بلژیک، برای ساخت اجزاء انعطاف‌پذیر برای باتری‌های یون لیتیوم (Li) از سیلیکون دورریز، روشی ارائه کرده‌اند. پولیکل آجایان و همکارانش از دانشگاه رایس از سیلیکون، جنگلی از نانوسیم‌ها ساخته‌اند. سیلیکون نسبت به کربنی که معمولا در باتری‌های لیتیومی استفاده می‌شود، ۱۰ برابر لیتیوم بیشتری جذب می‌کند، اما بدلیل اینکه هنگام شارژ و تخلیه منبسط و منقض می‌شود، سریعا شکسته می‌شود.
این محققان نانوسیم‌های بسیار منظمی ساخته‌اند که در الکترولیت پلیمر رسانای یون و مس رسانای الکتریسیته در یک آند واقع‌شده بودند. این ماده به نانوسیم‌ها در هنگام نیاز، فضایی برای رشد و کوچک‌شدن می‌دهد که طول عمر مفیدشان را افزایش می‌دهد. این الکترولیت همچنین بعنوان یک فاصله‌دهنده مؤثر بین آند و کاتد عمل می‌کند. این محققان امید دارند که افزاره‌شان باعث یک مرحله پیشرفت به سمت نسل جدیدی از باتری‌های ارزان، مؤثر و انعطاف‌پذیری شود که بتوان آنها را به هر شکلی وفق داد.
این محققان از فرآیندی بنام لیتوگرافی نانوکره کلوئیدی استفاده کرده و با پاشیدن دانه‌های پلی‌استایرنی معلق در مایع روی یک ویفر سیلیکونی، یک ماسک خوردگی سیلیکونی ساختند. این دانه‌ها روی ویفر بصورت یک شبکه شش‌وجهی بطور خودبه‌خود آرایش می‌یابند. یک لایه نازک از طلا روی آن پاشیده شده و پلی‌استایرن حذف می‌شود که یک ماسک طلای نازک با حفره‌های فاصله‌داری با فاصله مساوی روی نوک این ویفر تشکیل می‌شود.
نانوسیم‌های سیلیکونی قرار گرفته در یک ماسک طلا که جزئی از باتری یون لیتیوم این محققان است.
این ماسک در یک اِچینگ شیمیایی تقویت‌شده با فلز استفاده شد که در آن سیلیکون در جایی که با فلز در تماس است، حل می‌شود. این کاتالیست فلزی در یک حمام شیمیایی به مرور زمان در سیلیکون نفوذ کرده و نانوسیم‌های فاصله‌دار (با فاصله مساوی) به طول ۵۰ تا ۷۰ میکرون باقی می‌مانند که در این حفره‌ها قرار گرفته‌اند.
این محققان برای بهبود توانایی این نانوسیم‌ها جهت جذب لیتیوم، لایه نازکی از مس روی آنها رسوب دادند و سپس این آرایه را با یک الکترولیت مخلوط کردند که نه‌تنها یون‌ها را به این نانوسیم‌ها انتقال می‌داد، بلکه بعنوان یک جداکننده بین آند و کاتدی که بعدا اعمال شد، عمل می‌کرد.
اِچینگ یک فرآیند جدید نیست، اما برای کاربردهای باتری همیشه این مشکل وجود داشته است که امکان استفاده از نانوسیم‌ها روی ویفر سیلیکونی فراهم نبوده است، زیرا نانوسیم‌های خالص و ایستاده سریعا فروریخته می‌شدند. این الکترولیت آرایه نانوسیمی را در یک ماتریس انعطاف‌پذیر غوطه‌ور کرده و حذف آن را تسهیل می‌کند.
این محققان جزئیات نتایج کار خود را در مجله‌ی PNAS منتشر کرده‌اند.
