محققان دانشگاه مریلند موفق به ارائه ساختارهای نانومقیاسی از جنس سیلیکون شدند که از آنها می‌توان در بهبود عملکرد باتری‌های یون لیتیم استفاده کرد. این نانوساختارهای سیلیکونی که درون نانولوله رشد داده می‌شوند بسیار انعطاف‌پذیر هستند.
بهبود باتری‌ها با نانوساختارهای سیلیکونی
محققان دانشگاه مریلند موفق به ارائه ساختارهای
نانومقیاسی از جنس سیلیکون شدند که از آنها می‌توان در بهبود عملکرد
باتری‌های یون لیتیم استفاده کرد. این نانوساختارهای سیلیکونی که درون
نانولوله رشد داده می‌شوند بسیار انعطاف‌پذیر هستند.
روزی خواهد رسید که
دانه‌های کوچک سیلیکونی می‌توانند موجب افزایش مسافت طی شده توسط خودروهای
برقی شود همچنین می‌توانند عمر باتری لپ‌تاپ شما را افزایش دهد. در حال
حاضر در باتری‌های یون لیتیم فعلی که در دوربین‌ها و تلفن‌های همراه
استفاده می‌شود از گرافیت به‌عنوان الکترود استفاده می‌شود. این در حالی
است که سیلیکون قادر است ۱۰ برابر بیشتر از گرافیت یون لیتیم در خود جای
دهد. اما تا کنون استفاده از سیلیکون در این باتری‌ها موفقیت آمیز نبوده
است دلیل این امر آن است که سیلیکونی که به دفعات یون لیتیم جذب و آزاد کند
دچار ترک خوردگی می‌شود. اخیرا پژوهشگران دانشگاه مریلند ساختارهای
سیلیکونی کوچکی طراحی کرده‌اند که می‌تواند تعداد دفعات بیشتری شارژ و
دشارژ شود پیش از این که دچار ترک خوردگی گردد.
این گروه تحقیقاتی دانه‌های سیلیکونی را درون نانولوله کربنی رشد
دادند و سپس با استفاده از میکروسکوپ‌های قدرتمند به مشاهده فرآیند شارژ و
دشارژ شدن آن پرداختند. برای تولید این دانه‌ها، یو هانگ وانگ استادیار
دپارتمان شیمی و بیوشیمی این دانشگاه مولکولی که در طعم دهنده‌های غذا یافت
می‌شود را به یک نانولوله کربنی متصل کرد. سپس درون این لوله را با یک گاز
حاوی سیلیکون دمید. مولکول آلی موجب رشد سیلیکون درون لوله می‌شود.
در
قدم بعد این گروه سیلیکون را با استفاده از یون لیتیم باردار کردند. این
گروه تحقیقاتی به مشاهده این الکترود کوچک زیر میکروسکوپ الکترونی
پرداختند.
این گروه تحقیقاتی فکر می‌کند که این ساختار بسیار انعطاف‌پذیر باشد زیرا
دانه‌های سیلیکون بر خلاف پوشش سیلیکونی به‌صورت بالونی انعطاف‌پذیر رشد
می‌کنند. این مولکول آلی که به لوله متصل است، موجب اتصال سیلیکون به
نانولوله می‌شود. این اتصال به‌قدری مستحکم است که مانع از جدا شدن سیلیکون
می‌شود.
در صورت باردار شدن این دانه‌ها با یون لیتیم، این ساختار رشد
می‌کند و دوباره چروکیده می‌شود بدون این که ترکی در آن ایجاد شود. این
دانه‌ها به‌سمت بیرون نانولوله رشد می‌کنند نه داخل، بنابراین آنها
می‌توانند نزدیک یکدیگر در راستای نانولوله قرار بگیرند.
حمایت مالی این
پروژه توسط بنیاد ملی علم و وزارت انرژی تامین شده است.
