فناوری‌نانو به توسعه باتری‌‌های یون‌لیتیم کمک می‌کند

محققان با استفاده از نانوذرات موفق به حل مشکل زوال ساختاری در باتری‌های یون لیتیم شدند. همچنین نشان دادند که الکترولیت بسیار صاف می‌تواند شانس تولید دندریت را به شدت کاهش دهد و مانع از آتش‌سوزی در این باتری‌ها شود.

باتری‌های یون لیتیم به‌عنوان باتری استاندارد قابل شارژ در صنعت هستند هر چند که دچار مشکلات ساختاری نیز می‌شوند. در این باتری‌ها از الکترود منفی کربنی استفاده می‌شود، با این که الکترودهای سیلیکونی دانسیته انرژی بالاتری دارد و برای خودروهای برقی مناسب‌تر هستند. اما سیلیکون با انبساط و انقباض دچار ترک در ساختار شده و از کارایی باتری کم می‌کند.
محققان دانشگاه ایلینویز برای حل این مشکل چند راهکار ارائه کردند. یکی از این راهکارها، استفاده از الکترود با قابلیت خودترمیمی است که در آن مواد رسانا درون میکروکپسول قرار گرفته است. با بسط الکترود، ترکیبات موجود در کپسول باز شده و موجب پر شدن ترک می‌شود.
همین گروه تحقیقاتی روی ساخت الکترودهایی کار می‌کنند که دارای پیوند دینامیک بوده به طوری که اتصال میان نانوذرات سیلیکون و پلیمر به‌صورت دینامیک است.
نتایج آزمایش‌های انجام شده نشان می‌دهد الکترودی که از این فناوری بهره‌مند است می‌تواند بعد از چند صد بار شارژ/دشارژ شدن پایدار بماند.
یکی از مشکلات رایج در باتری‌های یون لیتیم تشکیل دندریت است، ساختاری فلزی که از یک الکترود شروع شده و رشد کرده و به الکترود دیگر می‌رسد. با این کار مدار کوتاهی در باتری شکل می‌گیرد که منجر به آتش‌سوزی می‌شود. دندریت‌ها معمولا در الکترولیت‌های سیال ایجاد می‌شوند به همین دلیل محققان این پروژه الکترولیت جامد ارائه کردند که پایداری بیشتری دارد. اما با شارژ و دشارژ شدن، الکترولیت جامد دچار آسیب شده و دوباره احتمال رشد دندریت‌ها وجود دارد.
محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) نشان دادند که فقدان یکنواختی الکترولیت جامد دلیل اصلی تشکیل دندریت است. وجود زبری در سطح مواد موجود در باتری منجر به تشکیل دندریت می‌شود به همین دلیل آنها الکترولیت جامد بسیار صاف ارائه کردند که دندریت‌ها نمی‌توانند در آنها تشکیل شوند.
در حال حاضر سوال این است که آیا می‌توان با هزینه کم این الکترولیت را تولید کرد. در صورتی که بتوان این الکترولیت‌ها را با قیمت معقول تهیه کرد می‌توان انتظار داشت که باتری‌های یون لیتیم جامد بتوانند در خودروهای برقی و دیگر سامانه‌های انرژی تجدیدپذیر استفاده شوند.