محققان با استفاده از لایهی نیکل فلوئور حاوی حفرههای ۵ نانومتری موفق به ساخت ابرخازنی شدند که رفتاری شبیه به باتری دارد. در واقع آنها یک باتری ساختند که در آن لیتیم وجود ندارد.
نانوباتری انعطافپذیر عاری از لیتیم
پژوهشگران دانشگاه رایس موفق به ساخت یک باتری شدند که بینیاز از لیتیم است. محققان آزمایشگاه جیمز تور با استفاده از الکترود نیکل فلوئور حاوی نانوحفره موفق به ساخت این باتری شدند. الکترود مذکور کاملاً انعطافپذیر بوده و در اطراف یک الکترولیت جامد کشیده شدهاست. این ساختار یک ابرخازن باتری مانند است که امکان ذخیرهی انرژی بالایی را فراهم می کند. مزیت اصلی این باتری آن است که برخلاف باتریهای تجاری موجود در بازار، فاقد لیتیم است. نتایج این پژوهش در نشریه American Chemical Society به چاپ رسیده است.
ضخامت این خازن الکتروشیمیایی یک صدم اینچ است اما با افزودن لایههایی به آن میتوان ابعاد محصول نهایی را افزایش داد. یانگ یانگ از محققان این پروژه میگوید: «روشهای استاندارد تولید فعلی به ما این امکان را میدهد که باتریها را نازکتر از آنچه که در حال حاضر است، تولید کنیم».
آزمایشهای انجام شده روی این باتری نشان میدهد که باتری یک اینج مربعی، بعدی از ۱۰ هزار بار شارژ/دشارژ و پس از ۱۰۰۰ بار خم شدن هنوز ۷۶ درصد از ظرفیت خود را حفظ کرده است.
تور میگوید: «ما به دنبال مادهای بودیم که انعطافپذیری گرافن و نانولوله کربنی را داشته باشد و در عین حال رسانای الکتریکی باشد تا بتواند انرژی بیشتری نسبت به ترکیبات معدنی فلزی فعلی ذخیره کند».
تور میافزاید: «یافتن و ساختن چنین مادهای کار سادهای نیست، مادهای که چنین ظرفیت بالایی داشته باشد بسیار شکننده خواهد بود. در گذشته ما سیستمهای ذخیرهسازی کربنی انعطافپذیر خوبی ساخته بودیم. اما کربن هیچگاه نمیتواند به ظرفیتهای ترکیبات معدنی و نیکل فلورید برسد».
یانگ میگوید: «دستگاه جدیدی که ما ساختیم ساختاری ساده و ایمن دارد. رفتار آن شبیه به باتری است اما ساختاری شبیه ابرخازن دارد. اگر از آن بهعنوان ابرخازن استفاده شود، به سرعت شارژ و دشارژ میشود اما میتوان کاری کرد که مانند باتری به آهستگی دشارژ شده و به آرامی نیز شارژ شود».
محققان برای ساخت این باتری، یک لایه نیکل فلورید به ضخامت ۹۰۰ نانومتر را با حفرههای ۵ نانومتری ایجاد کردند. آنها این الکترود را بهصورت ساندویچی اطراف هیدروکسید پتاسیم و پلیوینیل الکل قرار دادند. نتایج نشان داد که بعد از ۱۰ هزار بار شارژ/دشارژ نانوحفرهها تغییرساختاری ندادند.