تحقیقات اخیر روی باتریهای یون لیتیم نشان میدهد که استفاده از نانولوله کربنی در کاتد این باتریها موجب بهبود علمکرد آن میشود.
بهبود عملکرد باتری یون لیتیم با افزودن نانولولههای کربنی
مدتهاست پژوهشگران از نانولولههای کربنی تک جداره بهعنوان افزودنی در باتریهای یون لیتیم استفاده میکنند. این نانولولهها موجب بهبود نرخ شارژ/دشارژ و طول عمر باتری میشود. اخیرا محققان دانشگاه نورث وسترن با همکاری پژوهشگرانی از آزمایشگاه ملی آرگونه دریافتند که نانولولههای نوع الکتریکی میتوانند روی عملکرد باتریها اثر مثبت بگذارند، منظور از نانولولههای الکتریکی آن دسته از نانولولهها هستند که نیمههادی یا فلزی هستند.
این گروه تحقیقاتی به رهبری مارک هرسام از روشی به نام اولتراسانتریفوژ با گرادیان دانسیته (DGU) برای جدا کردن نانولولههای کربنی تک جداره استفاده کردند. معمولا در هنگام رشد نانولولههای کربنی تک جداره ترکیبی از نانولولهها با خواص الکترونیکی مختلف بهوجود میآید بهطوری که ۳۳ درصد از نانولولهها، فلزی و ۶۷ درصد از آنها، نیمههادی هستند. این گروه تحقیقاتی مخلوط نانولولهها را با دو نوع سورفاکتانت مختلف درون آب ریختند. این سورفاکتانتها براساس نوع نانولولهها میتوانند آنها را محاط کنند؛ در واقع دانسیته تجمع سورفاکتانتها در اطراف نانولولههای فلزی با نانولولههای نیمههادی متفاوت است بنابراین میتوان با استفاده از سانتریفیوژ آنها را از هم جدا کرد.
بعد از جدا کردن این نانولولهها از یکدیگر، محققان آنها را با استفاده از فیلتراسیون تحت خلاء از میان فیلمهایی عبور دادند. این فیلمها بعد بهعنوان کاتد در باتریهای یون لیتیم استفاده میشود، آند مورد استفاده در این باتریها فلز لیتیم است.
محققان خواص مختلف این باتریها را نظیر ظرفیت سل، کارایی کلمبی و نرخ شارژ/دشارژ را مورد بررسی قرار دادند. نتایج بهدست آمده کاملا با دادههای نظری مطابقت داشت.
هرسام و همکارانش دریافتند که نانولولههای کربنی تک جداره فلزی موجب بهبود کارایی باتریهای یون لیتیم میشوند؛ تاثیر این نانولولهها بیشتر از نانولولههای کربنی نیمههادی است. این گروه در ادامه دریافتند که اگر از فیلمهای نانولوله کربنی نیمههادی متراکم در باتری استفاده شود، موجب عملکرد بهتر آنها نسبت به باتری دارای الکترود ساخته شده از نانولولهکربنی فلزی میشود. دلیل این امر آن است که لیتیم سادهتر میتواند در محل تماس میان لولههای قرار گیرد.
هرسام میگوید: این پژوهش پاسخ سوالات اساسی زیادی درباره چگونگی برهمکنش میان لیتیم و نانولولهکربنی را میدهد. نانولولههای کربنی به دلیل افزایش نرخ شارژ/دشارژ موجب بهبود عملکرد باتری میشوند که این کار در نهایت موجب افزایش طول عمر باتری میشود.
