محققان چینی با استفاده از گرافن موفق به ساخت الکترودی با کارایی بالا شدند که ظرفیت باتری را افزایش می‌دهد. این الکترود بعد از ۱۰۰۰ بار شارژ/دشارژ، افت ظرفیت محسوسی ندارد.
ساخت الکترود مبتنی بر گرافن برای افزایش ظرفیت باتری‌ها
بیش از ۲۰ سال است که باتری‌های یون لیتیم انرژی ادوات الکترونیکی را تأمین می‌کنند اما دانسیته انرژی این باتری‌ها جواب‌گوی نیاز خودروهای برقی نیست. لیکیانگ مای از دانشگاه ووهان می‌گوید: «الکترودها به عنوان سایت‌های واکنش در باتری‌ها بوده و نقش مهمی در عملکرد آن‌ها دارند.» این گروه تحقیقاتی برای بهبود کارایی باتری‌های یون لیتیم موفق به ساخت الکترودی از جنس سولفید نیکل شدند که گرافن را درون ساختار خود محاط کرده است. این الکترود جدید ظرفیت باتری‌های یون لیتیم را افزایش می‌دهد.
مای از محققان این پروژه می‌گوید: «الکترود جدیدی که ما ساخته‌ایم کارایی بالاتری نسبت به همتایان خود دارد به طوری که پایداری و نرخ شارژ/دشارژ آن بهبود یافته است. دلیل این افزایش کارایی، وجود ساختار سه بعدی درون این الکترود است که فضای کافی برای انتقال جرم و بار را فراهم کرده است.»
این گروه تحقیقاتی باتری یون لیتیم حاوی این الکترود را مورد آزمایش قرار دادند و بهبود عملکرد آن را نشان دادند. این باتری می‌تواند قریب به ۱۰۰۰ بار شارژ/دشارژ شود بدون این که تغییرات محسوسی در ظرفیت آن ایجاد شود. این در حالی است که در باتری‌های حاوی الکترود فاقد گرافن، بعد از ۱۵۰ بار شارژ/دشارژ ظرفیتشان افت می‌کند.
محققان برای بررسی رابطه میان رفتار خودسازگاری این الکترود و افزایش پایداری آن، از میکروسکوپ الکترونی عبوری و شبیه سازی دینامیک مولکولی استفاده کردند و در نهایت، هم به صورت نظری و هم عملی، نقش رفتار خودسازگاری در این ساختار سه بعدی را در بهبود عملکرد باتری نشان دادند.
مای می‌گوید: «این نتایج بسیار جالب توجه است. گرافن تاخورده رفتار متفاوتی در هنگام شارژ و دشارژ از خود نشان می‌دهد. خودسازگاری گرافن موجب کم شدن فشار روی الکترودها شده و افزایش حجم الکترود را متعادل می‌کند این در حالی است که پایداری الکترود بهبود یافته و هدایت الکتریکی آن تغییر نمی‌کند.»
این الکترود با روش گرمابی و غوطه‌وری در حمام آبی ایجاد می‌شود.
نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای با عنوان “Nanowire Templated Semihollow Bicontinuous Graphene Scrolls: Designed Construction, Mechanism, and Enhanced Energy Storage Performance ” منتشر شده است.
