پژوهشگران موفق به ساخت الکترود نانوحفره‌ای شدند که قادر به بهبود عملکرد باتری‌های یون لیتیم است. محققان نشان دادند که افزایش نسبت پهنا به ارتفاع در این الکترودها موجب افزایش نرخ شارژ/دشارژ می‌شود.
بهبود عملکرد باتری یون لیتیم با الکترود نانوحفره‌ای
فناوری نانو پتانسیل ارائه نسل جدیدی از باتری‌های یون لیتیم را داراست به طوری که امکان افزایش دوام و ایمنی این باتری‌ها با فناوری‌نانو وجود دارد. برای مثال می‌توان با استفاده از الکترودهای نانومقیاس، سرعت برهمکنش میان یون‌های لیتیم و الکترود را افزایش داد. در طول فرآیند شارژ کردن، یون‌های لیتیم از کاتد به آند مهاجرت کرده و درون الکترودهای متخلخل قرار می‌گیرند که به آن نفوذ بین لایه‌ای گفته می‌شود.
این الکترودها از جنس گرافیت بوده و نرخ رهاسازی یون در آنها بسیار پایین است، بنابراین باید به دنبال جایگزین مناسبی برای این الکترودها بود. چالش‌های متعددی در مسیر ساخت الکترودهای قابل شارژ سریع وجود دارد. ژیادونگ چن از دانشگاه صنعتی نانیانگ می‌گوید: ” برخی نانومواد در طول شارژ/دشارژ شدن متجمع می‌شوند که باید بر این مشکل فائق آمد.”
چن و همکارانش برای حل این مشکل اقدام به استفاده از معماری سه بعدی شبکه‌ای کردند، شبکه‌ای که می‌تواند در دراز مدت مانع از تجمع ذرات شود. این گروه برای ساخت این شبکه از نانولوله‌های تیتانیوم استفاده کردند . نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای با عنوان “Mechanical Force-Driven Growth of Elongated Bending TiO2-based Nanotubular Materials for Ultrafast Rechargeable Lithium Ion Batteries” در نشریه Advanced Materials منتشر شد.
چن می‌گوید: ” ما دریافتیم که واکنش رشد نانولوله‌های تیتانیوم با استفاده از هم‌زدن محلول قابل کنترل است که از این روش برای کنترل حفره‌ها در این شبکه استفاده کردیم. ما از این نانولوله‌های بلند به طول چند ده میکرون برای ساخت الکترود استفاده کردیم.”
برای هم‌زدن محلول محققان از یک سیستم گرمابی دست‌ساز استفاده کردند. با این روش آنها موفق به تولید نانولوله‌هایی شدند که طول‌شان دو برابر طول نانولوله‌های بدست آمده از روش‌های دیگر بود. از این روش می‌توان برای ساخت نانوساختارهای مختلف استفاده کرد. محصول بدست آمده با این روش قابلیت به کارگیری در ادوات ذخیره‌کننده انرژی را داراست.
در این پژوهش محققان برای اولین بار رابطه میان حفره‌ها و عملکرد شیمیایی باتری‌های یون لیتیم را یافتند به طوری که با افزایش نسبت پهنا به ارتفاع، نرخ شارژ/دشارژ باتری بهبود می‌یابد.
