محققان با سنتز نانوصفحات تک‌بلوری فسفات آهن لیتیم و استفاده از آن در الکترود باتری یون لیتیم موفق به افزایش کارایی و سرعت شارژ این باتری‌ها شدند.
بهبود کارایی باتری یون لیتیم با نانوصفحات تک بلوری
پژوهشگران دانشگاه تگزاس با استفاده از نانوصفحات تک بلوری فسفات آهن لیتیم (LiFePO4)، با جهت‌گیری ۰۱۰، موفق به افزایش کارایی باتری‌های یون لیتیم شدند. «جهت‌گیری ۰۱۰» در این نانوصفحه‌ها بسیار مهم است زیرا لیتیم‌دار شدن و زدایش لیتیم تنها در این صفحه اتفاق می‌افتد. این گروه روش جدیدی برای سنتز این نانوصفحه‌های با جهت‌گیری ۰۱۰ ارائه کردند. از این نانوصفحه‌ها می‌توان برای مطالعه‌ی فرآیند انتقال بار/جرم در مقیاس نانو استفاده کرد و در نهایت چگونگی اصلاح سطحی برای افزایش کارایی و عملکرد باتری‌ها را مورد مطالعه قرار داد.
گویهاو یو، رهبر این تیم تحقیقاتی، می‌گوید: «لیتیم‌دار شدن و زدایش لیتیم از سطح نانوصفحات LiFePO4 از طریق کانال‌هایی عمود بر «صفحات ۰۱۰» انجام می‌شود. پیش از این تلاش‌هایی برای کنترل جهت‌گیری این صفحات انجام شده بود اما ما برای اولین بار موفق به سنتز این صفحات با جهت‌گیری ۰۱۰ شدیم. مزیت این نانوصفحات آن است که نسبت سطح به ضخامت در آنها بالا است».
این گروه برای سنتز این نانوصفحات از دی‌اتیلن گلیکول به عنوان حلال استفاده کردند جه‌یکه می‌تواند به «وجه ۰۱۰» متصل شود بنابراین مانع از رشد بیش از حد این صفحه می‌شود. در نتیجه درصد بالایی از این وجوه دارای جهت‌گیری ۰۱۰ خواهد بود.
نانوصفحات جهت‌دار LiFePO4 نسبت به ذرات LiFePO4 دارای جهت‌گیری‌های تصادفی، «ظرفیت برگشت‌پذیر» در باتری‌ها را بیشتر افزایش می‌دهند. ظرفیت برگشت‌پذیر به مقدار انرژی قابل ذخیره شدن در باتری اطلاق می‌شود. پژوهشگران نشان دادند که الکترودهای دارای نانوصفحات LiFePO4 بعد از ۱۰۰۰ بار شارژ/دشارژ شدن هنوز بخش اعظمی از ظرفیت خود را حفظ کرده اند. یکی از مهمترین دستاوردهای محققان در این پروژه آن است که موفق به افزایش سرعت شارژ/دشارژ در باتری‌های یون لیتیم شدند. در واقع باتری‌های حاوی الکترودهای تقویت شده با نانوصفحات LiFePO4 برای شارژ کردن %۷۰ از ظرفیت تئوری خود یعنی ۱۷۰ میلی‌آمپر‌ساعت بر گرم، به شش دقیقه زمان نیاز دارند.
پژوهشگران این پروژه می‌گویند که در حال حاضر به دنبال کنترل دقیق‌تر ضخامت نانوصفحات هستند و روی رابطه‌ی میان ضخامت و ویژگی‌های الکتروشیمیایی باتری تحقیق می‌کنند. این گروه درصدد مطالعه‌ی تاثیر شکل و ابعاد مواد مورد استفاده در الکترود روی عملکرد باتری هستند تا بتوانند کارایی باتری‌های یون لیتیم را بهبود دهند.
