محققان با استفاده از نانوذرات فسفید تری‌مولیبدن اقدام به توسعه نسل جدیدی از باتری‌ها کرده‌اند که عملکرد بهتری نسبت به باتری‌های لیتیوم یون رایج دارد.
طراحی نانوکاتالیزوری برای نسل جدید باتری‌ها
یکی از گلوگاه‌های پیاده‌سازی گسترده فناوری‌های انرژی پایدار، سیستم‌های ذخیره‌سازی کارآمد انرژی هستند. باتری‌های لیتیوم یون (LIBs) گزینه اصلی برای دستگاه‌های الکترونیکی امروزی بوده و از ابزارهای مصرفی گرفته تا وسایل پزشکی، وسایل نقلیه الکتریکی و حتی ماهواره‌ها به این باتری‌ها وابسته هستند. دلیل اصلی سلطه فناوری LIB در بسیاری از زمینه‌های کاربردی این است که بالاترین ظرفیت ذخیره‌سازی الکتریکی را نسبت به وزن خود دارد.
باتری‌های لیتیوم یون به‌طور کلی، دارای ظرفیت انرژی ۱۰۰-۲۰۰ وات بر کیلوگرم هستند و این امکان را برای بیشتر خودروهای الکتریکی فراهم می‌کنند تا با یک شارژ ۳۰۰ تا ۴۰۰ کیلومتر حرکت کنند.
علی‌رغم دانسیته انرژی بالای باتری‌های لیتیوم یون، در مقایسه با انواع دیگر باتری‌ها، دانسیته انرژی آن‌ها هنوز صد برابر کمتر از بنزین است. این بدان معناست که موتورهای بنزینی دارای بازده حرارتی بالاتری بوده و باعث می‌شوند بازدهی سوخت بالاتر از ۶-۷ L / 100km باشد.
اگرچه باتری‌های لیتیوم یون همچنان به دستیابی به دانسیته انرژی بالاتر ادامه می‌دهند، اما مطالعات مختلف نشان می‌دهد که در حال نزدیک شدن به بیشینه حد تئوری انرژی (تخمین زده شده در ۴۰۰-۵۰۰ وات بر کیلوگرم) هستیم.
برای جایگزینی این فناوری، محققان در حال بررسی باتری‌های لیتیوم هوا (LABs) هستند. متأسفانه، باتری‌های لیتیوم هوا امروزه اشکالات جدی دارند، آن‌ها بسیاری از انرژی تزریق شده را به‌عنوان گرما هدر می‌دهند و به نسبت سریع تخریب می‌شوند و فقط چند دوره شارژ نگه می‌دارند.
این فناوری به‌طور گسترده توسط گروه‌های تحقیقاتی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. کاتالیزورهای فلزی زیادی مانند پلاتین، طلا و روتنیوم و همچنین کاتالیزورهای غیرفلزی مانند اکسیدهای فلزات انتقالی، دی کلکوژنیدهای فلزات گذار و کاتالیزورهای مبتنی بر کربن برای حل این مسئله استفاده شده‌است. با این حال، تاکنون هیچ پیشرفت بزرگی گزارش نشده است.
علیرضا کندوری و همکارانش گام موثری در این مسیر برداشته‌اند. در تلاش برای یافتن یک کاتالیزور بسیار فعال، تیم تحقیقاتی در موسسه فناوری ایلینوی با همکاری محققان دانشگاه پنسیلوانیا، دانشگاه ایلینوی و آزمایشگاه ملی آرگون، یک نمونه آزمایشگاهی از کاتالیزوری تولید کردند که از نانوذرات Mo3P بسیار فعال با ظرفیت‌های بالای شارژ ۸۰ و ۲۷۰ میلی‌ولت سود می‌برد.
این تیم از نانوذرات Mo3P (فسفید تری‌مولیبدن) به‌عنوان ماده کاتدی و همچنین یک الکترولیت مایع مهندسی شده متشکل از مواد افزودنی واسطه ردوکس استفاده کردند.
باتری حاصل، در شرایط هوای محیط با راندمان بالای انرژی ۹۰٫۲ درصد در چرخه اول، تراکم انرژی ۰۰۱۵۰۰ Wh / kg (حدود ۸ برابر بهتر از باتری‌های لیتیوم یون پیشرفته) و طولانی مدت کار می‌کند. این باتری با۱۲۰۰ چرخه شارژ / دشارژ از دوام بالایی برخوردار است.
نتایج این کار نشان می‌دهد که نانوذرات Mo3P به دلیل ساختار منحصر به فرد خود، یک گزینه امیدوارکننده کاتالیزوری است. این فناوری تراکم زیادی از سایت‌های فعال مولیبدن را با خواص الکترونیکی خاص فراهم می‌کند که به بهبود علمکرد باتری منجر می‌شود.
