محققان با استفاده از اکسید گرافن موفق به افزایش طول عمر و بهبود کارایی کاتد در باتریهای گوگرد لیتیم شدند. این گروه پیش از این با استفاده از نانوسیم‌های سیلیکونی کارایی باتریهای یون لیتیم را بهبود داده بودند.
بهبود کارایی باتریهای گوگرد لیتیم با اکسید گرافن
پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیای جنوبی با تولید مواد ارزان قیمت برای آند و کاتد باتریهای یون لیتیم، کارایی و ظرفیت این باتری‌ها را افزایش دادند. باتریهای یون لیتیم از رایج‌ترین باتریهای مورد استفاده در ادوات الکترونیک قابل حمل محسوب می‌شود. به صورت رایج از گرافیت به عنوان آند در ساخت باتریهای یون‌لیتیم استفاده می‌شود اما اخیراً، سیلیکون به عنوان جایگزین گرافیت مطرح شده است زیرا این ماده دومین ماده فراوان روی کره زمین بوده و همچنین ظرفیت تئوری آن ۳۶۰۰ میلی‌آمپر ساعت در هر گرم بوده که این رقم ۱۰ برابر بیشتر از گرافیت است.
ظرفیت باتری را این گونه تعریف می‌کنند که: چه مقدار یون لیتیم را می‌توان در آند و کاتد باتری ذخیره کرد. استفاده از سیلیکون در آندها می‌تواند موجب افزایش قابل توجه در ظرفیت باتری شود زیرا هر اتم سیلیکون به ۳٫۷۵ یون لیتیم متصل می‌شود در حالی که در آند گرافیت هر شش اتم کربن به یک یون لیتیم متصل می‌شود.
این گروه تحقیقاتی موفق به ساخت آند سیلیکونی جدیدی شدند که علاوه بر پایداری بالا و قیمت کم می‌تواند ظرفیت ۱۱۰۰ میلی‌امپر ساعت در هر گرم داشته و طول عمر آن از ۶۰۰ بار شارژ/دشارژ فراتر می‌رود. این آند، سه برابر قوی‌تر از آندهای تجاری فعلی است. استفاده از سیلیکون در باتری‌ها با چالش‌هایی روبرو است برای مثال سیلیکون در حین شارژ شدن متورم می‌شود که این روی عملکرد آن تاثیر منفی می‌گذارد. سال گذشته این گروه تحقیقاتی با استفاده از نانوسیم‌های متخلخل سیلیکونی موفق به ساخت آندی شدند که بدون ترک خوردن شارژ می‌شود. با این کار مشکل جدید پیش آمد، هزینه‌ی تولید نانوساختارهای مورد استفاده در آند بسیار بالا بود. برای تولید ارزان این نانوساختارها آنها، به سراغ روش‌های ارزان قیمت نظیر اچ کردن و آسیاب گلوله‌ای رفتند.
به صورت موازی این گروه روی استفاده از پودر گوگرد دارای پوشش اکسید گرافن برای بهبود باتریهای گوگرد لیتیم کار کردند. گوگرد یکی از مواد مناسب برای ساخت کاتد بوده که ظرفیت آن ۱۰ برابر بیشتر از اکسید فلزی است. اما گوگرد سمی بوده و هدایت الکتریکی اندکی دارد، همچنین عمر کاتدهای گوگردی کوتاه است.
محققان برای حل این مشکل، پودر گوگرد را با اکسید گرافن پوشش دادند که با این کار هم مشکل هدایت الکتریکی حل شد و پایداری و انعطاف‌پذیری آن بهبود یافت.
