افزایش ظرفیت باتری‌ها با نانوبلورها

محققان سوئیسی با استفاده از نانوبلورهای قلع موفق به افزایش دو برابری ظرفیت باتری‌های یون لیتیم در مقایسه با باتری‌های معمولی شدند.

به گزارش دریچه خبر، امروزه باتری‌ها نقش مهمی در تلفن‌های همراه، خودروهای برقی و لپ‌تاپ‌ها ایفا می‌کنند. در این بین باتری‌های یون لیتیم بدلیل سبک بودن و توان تولید جریان الکتریسیته بالا گزینه مناسبی هستند.

در حال حاضر محققان در سراسر جهان بدنبال نسل جدیدی از باتری‌ها هستند. در این راستا «ماکسیم کوالنکو» از آزمایشگاه شیمی معدنی در مرکز ETH زوریخ موفق به ارائه نانوموادی شده است که می‌تواند ظرفیت ذخیره‌سازی را در باتری‌های یون لیتیم افزایش دهد.

نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان «Monodisperse and Inorganically Capped Sn and Sn/SnO2 Nanocrystals for High-Performance Li-Ion Battery Anodes» به چاپ رسیده است.

این نانوماده از بلورهای قلع بسیار ریزی تشکیل شده است که می‌تواند بعنوان قطب منفی باتری (آند) مورد استفاده قرار گیرد. زمانی که باتری‌ها شارژ می‌شوند، یون‌های لیتیم جذب این الکترود می‌شوند، درحالی که هنگام دشارژ شدن این یو‌ن‌ها مجددا آزاد می‌شوند. در صورتی که یون‌های لیتیم بیشتری در الکترود جذب و آزاد شوند، باتری‌ها انرژی بیشتری ذخیره خواهند کرد.

استفاده از قلع ایده بسیار مناسبی است، هر اتم قلع می‌تواند حداقل چهار یون لیتیم را جذب کند. مشکل قلع این است که حجم این عنصر در الکترود تغییر می‌کند، بطوری که با جذب یون لیتیم حجم آن سه برابر بیشتر شده و در هنگام رهاسازی دوباره به حالت اول بازمی‌گردد.

برای حل این مشکل محققان از نانوبلورهای قلع استفاده کردند که درون ساختاری متخلخل قرار دارد. این ساختار اسفنجی هدایت الکتریکی نیز دارد. تولید نانوبلورهای کوچک کاری چالش برانگیز بود، بنابراین محققان کار تولید را در دو فاز انجام دادند. در مرحله اول ذرات بسیار کوچک را ایجاد کرده و سپس آنها را تا ابعاد دلخواه رشد دادند. با تغییر دما و زمان تولید، پژوهشگران توانستند ابعاد بلورها را کنترل کنند.

محققان این پروژه معتقدند که این اولین باری است که بلورهای کوچک قلع با دقت بالایی تولید می‌شود.

محققان این پروژه با استفاده از نانوبلورهای قلع، کربن و عامل متصل‌کننده موفق به تولید الکترودهای مختلفی برای باتری‌های یون لیتیم شدند. نتایج تست این باتری‌ها نشان داد که قدرت ذخیره سازی آنها دو برابر بیشتر از باتری‌های معمولی است.

این گروه تحقیقاتی معتقد است که ابعاد نانوبلورها در چند شارژ و دشارژ اولیه تاثیری روی ظرفیت ذخیره سازی ندارد، اما بعد از گذشت زمان این تفاوت آشکار خواهد شد.