طراحی نانوالکترودی که ظرفیت و عمر باتری‌ها را افزایش می‌دهد

محققان آمریکایی نانوساختار سه لایه‌ای ارائه کردند که می‌تواند برای ساخت الکترود باتری لیتیمی استفاده شود. این کار ظرفیت از دست رفته باتری را به حداقل رسانده و عمر آن را افزایش می‌دهد.

یوان یانگ و همکارانش از دانشگاه کلمبیا روشی ارائه کردند که می‌تواند برای افزایش دانسیته انرژی باتری‌های یون لیتیم مورد استفاده قرار گیرد. این گروه یک ساختار سه لایه تولید کردند که حتی در هوا نیز پایدار بوده و قادر به افزایش عمر و کاهش هزینه تولید باتری‌ها می‌شود. این پروژه می‌تواند دانسیته انرژی باتری‌های لیتیمی را ۱۰ تا ۳۰ درصد افزایش دهد.
یانگ می‌گوید: «زمانی که باتری‌های لیتیمی برای اولین بار شارژ می‌شوند، ۵ تا ۲۰ درصد از انرژی در همان سیکل اول از بین می‌رود. در این پروژه ما راهکاری برای بازگشت این انرژی از دست رفته ارائه می‌دهیم. این نتایج برای تولید باتری‌هایی با کارایی بالا، به‌منظور استفاده در ادوات الکترونیکی همراه مناسب هستند.»
در اولین شارژ شدن، بخشی از الکترولیت سیال، روی سطح فاز صلب احیاء شده و الکترود منفی را می‌پوشاند. این فرآیند معمولاً پیش از بارگیری در کارخانه انجام شده و برگشت‌پذیر نیست. با این کار ۱۰ درصد از الکترود منفی پوشیده می‌شود و در الکترودهای سیلیکونی جدید، این رقم به ۲۰ تا ۳۰ درصد می‌رسد. درصورت استفاده از نانوساختارها، این ظرفیت از دست رفته کاهش می‌یابد.
معمولاً از مواد غنی شده با لیتیم در الکترودها استفاده می‌شود تا این ظرفیت از دست رفته جبران شود. با این حال این مواد نسبت به هوا حساس بوده و پایداری کمی دارند. تولیدکننده معمولاً در هوای خشک این کار را انجام داده که هزینه کار را افزایش می‌دهد.
برای حل این مشکل محققان از یک نانوساختار سه لایه استفاده کردند که در هوا پایدار است. این ماده گزینه مناسبی برای تولید الکترود باتری‌های لیتیمی است. این گروه نشان دادند که با این الکترودها، کاهش ظرفیت به حداقل رسیده و عمر باتری افزایش می‌یابد.
در حال حاضر این گروه روی کاهش ضخامت پلیمر کار می‌کنند تا روش را برای تولید انبوه آماده کنند.

نتایج این تحقیق در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.