پژوهشگران دانشگاه استنفورد اخیرا الکترودهای مبتنی بر سیلیکون ساخته‌اند که می‌تواند ظرفیت ذخیره‌سازی باتری‌های یون لیتیم را افزایش دهد. برای ساخت این باتری از هیدرژلی استفاده شده که موجب افزایش دوام و پایداری باتری می‌شود.
استفاده از هیدروژل برای افزایش دوام باتری‌های یون لیتیم
محققان دانشگاه استنفورد با ساخت الکترودی حاوی سیلیکون و هیدروژل پلیمری رسانا موفق به بهبود عملکرد باتری‌های یون لیتیم شدند. نتایج این پژوهش در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است. در این مقاله جزئیاتی درباره این روش ارائه شده که با استفاده از آن می‌توان باتری‌های سیلیکونی ارزان قیمت با قابلیت استفاده درحوزه‌های مختلف تولید کرد.
ژنان باو از محققان این پروژه می‌گوید برای استفاده از باتری‌ها در ادوات الکترونیکی قابل حمل، خودروهای برقی و بسیاری از ادوات دیگر، باید دانسیته انرژی و طول عمر باتری‌های یون لیتیم را افزایش داد.
برای یافتن راه حل ارزان قیمت و عملی جهت افزایش ظرفیت باتری‌ها، محققان از سیلیکون استفاده کردند. یی چوی استادیار دانشگاه استنفورد می‌گوید ما تلاش کردیم که با استفاده از سیلیکون، الکترودی با ظرفیت بالا تولید کنیم. سیلیکون نسبت به کربن، که ماده رایج برای ساخت الکترودهای یون لیتیم است، ۱۰ برابر ظرفیت ذخیره‌سازی بالاتری دارد. مشکل اصلی این است که سیلیکون منبسط شده و می‌شکند. سیلیکون در صورت جذب یون لیتیم می‌تواند تا ۴۰۰ برابر حجم اولیه خود منبسط شود. زمانی که باتری شارژ و دشارژ می‌شود این انبساط و انقباض انجام شده و در نهایت منجر به شل شدن محل تماس الکترود با باتری می‌شود. برای حل این مشکل محققان از پلیمری استفاده کردند که حاوی نانوذرات سیلیکون بوده و به صورت هیدروژل رسانایی در می‌آید.
با این کار باتری می‌تواند تا ۵۰۰۰ بار شارژ و دشارژ شود بدون این که ظرفیت آن کاهش یابد. به دلیل وجود ساختار متخلخل درون هیدروژل، نانوذرات سیلیکون می‌توانند متورم شوند بدون این که ساختار الکترود دچار مشکل شود.
این که اول هیدروژل ساخته شود بعد نانوذرات سیلیکون به آن اضافه شوند، موجب کاهش عملکرد الکترود می‌شود در واقع باید ساخت هیدروژل و افزودن نانوذرات با هم انجام شود. با این روش جدید می‌توان نانوذرات را درون پلیمر کپسوله کرد و بعد ساختار هیدوژل را ایجاد کرد با این کار پایداری باتری افزایش می‌یابد.
البته هنوز موانعی در این روش وجود دارد که دانشمندان در حال حل آنها هستند با این حال این تیم تحقیقاتی به دنبال بهینه کردن این فرآیند برای تجاری سازی آن هستند.
