محققان با استفاده از نانوکامپوزیت پلیمری موفق به ساخت باتری شدند که بعد از ۳۰ هزار بار شارژ/دشارژ شدن هنوز دچار زوال ساختاری نمی‌شود. این ماده می‌تواند صنعت تولید باتری‌های مورد استفاده در خودروهای برقی و هیبریدی را متحول کند.
نانوکامپوزیتی برای ساخت باتری‌های با دوام خودرو
محققان دانشگاه پنسیلوانیا موفق به ساخت ماده دی‌الکتریک پلیمری شدند که قابلیت ذخیره انرژی با دانسیته بالا را دارد. این ماده برای ساخت باتری مورد استفاده در خودروهای برقی مناسب است.
کلید موفقیت این پروژه، ساختار ساندویچی سه بعدی است که میدان الکتریکی را کامپوزیت سرامیک/پلیمر محافظت می‌کند.
کینگ وانگ از محققان این پروژه می‌گوید: «پلیمرها مواد ایده‌آلی برای ذخیره انرژی هستند. دلیل این امر وزن پایین، استحکام و امکان تولید انبوه این مواد است. با این حال، پلیمر تجاری موسوم به BOPP که در حال حاضر در خودروهای برقی و هیبریدی استفاده می‌شود، دوام بالایی در برابر گرما ندارد و نیازمند یک سیستم خنک کننده جانبی است. این موضوع موجب افزایش وزن خودرو می‌شود.»
محققان برای حل این مشکل از فیلم‌های پلیمر دو بعدی BOPP استفاده کردند. این کار موجب افزایش ضریب دی‌الکتریک و استحکام میدان الکتریکی می‌شود. هر چند با افزایش مقدار انرژی، بخشی از آن به صورت گرما هدر می‌رود.
برای حل این مشکل، محققان به بررسی ساز و کار این فرآیند پرداختند و در نهایت این ساختار را به ساندویچی درآوردند که این کار موجب ممانعت از خروج بار الکتریکی از الکترودها می‌شود؛ موضوعی که گرم شدن باتری را در پی دارد. وجود یک ساختار لایه‌ای در میان این ساختار ساندویچی موجب می‌شود تا دانسیته انرژی بهبود یابد.
لایه خارجی از نانوورق‌های نیترید بور تشکیل شده که درون ماتریکس پلیمری قرار گرفته است. از تیتانات باریم نیز به عنوان ثابت دی‌الکتریک استفاده می‌شود.
وانگ می‌گوید: «ما نشان دادیم که این باتری می‌تواند در دمای بالا به مدت ۲۴ ساعت کار کند و بعد از ۳۰ هزار بار، هنوز عملکرد اولیه خود را حفظ می‌کند.»
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان “Sandwich-structured polymer nanocomposites with high energy density and great charge–discharge efficiency at elevated temperatures” در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.
