پژوهشگران نشان دادند که نوآوری‌هایی وجود دارد که به واسط آن می‌توان با بهره‌گیری از طراحی‌های نانومقیاس، عملکرد باتری‌ها را بهبود داد.
مهندسی نوآورانه عملکرد باتری‌ها را بهبود خواهد داد
وابستگی بشریت به باتری‌های تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ، وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره‌سازی انرژی، تقاضا برای فناوری باتری بهتر را افزایش می‌دهد. برای دهه‌ها، باتری‌ها برای ذخیره‌سازی انرژی به ریز ذرات متکی بوده‌اند، اما تحقیقات جدید تیمی در موسسه پلی‌تکنیک رنسلر نشان می‌دهد که استفاده از مواد پیشرفته که شامل «ذرات چند مقیاسی» می‌شود، باتری بهبود یافته‌ای را ایجاد می‌کند که قادر به ذخیره انرژی بیشتر و ماندگاری طولانی‌تر است. این نوع باتری‌ها با سرعت بیشتری نیز شارژ می‌شوند.
در تحقیقی که به تازگی در Nature Reviews Materials منتشر شد، یک تیم چند رشته‌ای متشکل از مهندسان شیمی، دانشمندان مواد و مهندسان مکانیک نشان دادند که استفاده از فناوری نانو در باتری‌ها عملکرد باتری را بهبود می‌بخشد. مقاله‌ای با عنوان “نانو در مقابل میکروساختار در الکترودهای باتری” منتشر شده است که در آن، آندها و کاتدهای ساخته شده از نانومواد را در مقابل میکروذرات مقایسه می‌کند و در نهایت به این نتیجه می‌رسد که ترکیبی از این دو، به ویژه میکروذراتی که از نانوساختارها استفاده می کنند، به توسعه باتری‌های بهتر کمک خواهد کرد. این باتری‌ها نیازهای انرژی آینده را برآورده می‌کنند.
نیخیل کوراتکار، پروفسور جان آ. کلارک و ادوارد تی. کراسان، پروفسور مهندسی در رنسلر و نویسنده این مقاله، می‌گوید: «برای پاسخ به تقاضا برای باتری‌هایی که همیشه در حال بهبود هستند، لازم است که نسل بعدی ذرات موجود در سیستم‌های باتری آینده دارای چند مقیاسی باشند، یعنی میکروذرات در عین حال باید دارای ویژگی‌های نانومقیاس نیز باشند.»
دکتر کوراتکار و تیم محققانش که شامل دانشجویان دکترا در رنسلر و دکتر چونشنگ وانگ، استاد مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشگاه مریلند بودند، شروع به بررسی کردند که آیا ویژگی‌هایی در مقیاس نانو وجود دارد که بتوان آن‌ها را به میکروذرات رایج اضافه کرد و در نهایت با این کار عملکرد باتری را بهبود داد.
به عنوان مثال، محققان با مهندسی تونل‌های کوچک در مقیاس نانو در میان ریز ذرات، توانستند زمان شارژ را کاهش دهند. به طور مشابه، هنگامی که محققان ریز ذرات با تخلخل داخلی نانومقیاس را ساختند، توانستند طول عمر باتری را بدون از بین بردن راندمان کلمبی یا ظرفیت ذخیره‌سازی بهبود بخشند. کوراتکار نتیجه‌گیری می‌کند که به‌کارگیری نوآوری‌های علم مواد مانند این، به طور قابل‌توجهی عملکرد باتری را بهبود می‌بخشد و پیشرفت باتری را در آینده امکان‌پذیر می‌کند.
کوراتکار می‌گوید: «من فکر می‌کنم دهه آینده دوران فعالیت‌های شدید خواهد بود و جامعه علمی فعال در حوزه باتری با موفقیت روش ساخت بهترین ذرات چند مقیاسی برای باتری‌هایی با عملکرد برتر را پیدا خواهند کرد.»
