مسیر برای جایگزین های باتری لیتیوم با فناوری نانو هموار می شود
کارا پیام: پژوهشگران بدنبال استفاده از فناوری های ارزان تر و ساده تر نظیر باتری های یون سدیم هستند و در این میان فناوری نانو کمک زیادی به ساخت کاتدهای جدید برای این نوع باتری ها کرده است.
به گزارش کارا پیام به نقل از مهر، باتری های لیتیوم یون مدت هاست که به عنوان منبع انرژی برای خودرو های الکتریکی استفاده شده و این فناوری بر بازار باتری ها تسلط داشته است. این باتری ها بطور معمول برای ذخیره انرژی تجدیدپذیر در شبکه برق مورد استفاده قرار گرفته است. با این وجود، با گسترش سریع بازار این باتری ها، کمبود عرضه لیتیوم طی پنج تا ۱۰ سال آینده پیش بینی می شود.
گوی لیانگزو از پژوهشگران لابراتوار ملی آرگونه در وزارت انرژی آمریکا (DOE) می گوید: « باتری های یون سدیم به سبب فراوانی بیشتر و هزینه کمتر سدیم به عنوان جایگزین احتمالی برای باتری های لیتیوم یون درحال ظهور هستند.»
تا به امروز، موانع جدی برای تجاری سازی چنین باتری هایی وجود داشته است. به طور دقیقتر، عملکرد کاتد حاوی سدیم با شارژ/دشارژ مکرر به سرعت کاهش پیدا می کند. بدین جهت پژوهشگران لابراتوار ملی آرگونه کاتد جدیدی برای باتری اکسید سدیم-یون طراحی نموده اند که می توان به حل این مشکل کمک نماید. این کاتد شباهت زیادی به کاتدی دارد که قبل از این، این تیم برای باتری اکسید لیتیوم یون با ظرفیت ذخیره انرژی بالا و عمر طولانی طراحی نموده بود.
یکی از خاصیت های کلیدی هر دو طرح این است که ذرات کاتد میکروسکوپی حاوی تلفیقی از فلزات واسطه است که می تواند شامل نیکل، کبالت، آهن یا منگنز باشد. نکته مهم این است که این فلزات بطور یکنواخت در کاتد توزیع نمی شوند بلکه بصورت ساختار هسته ای پوسته ای در کاتد قرار می گیرند. این عناصر در خدمت اهداف مختلفی هستند. سطح غنی از منگنز سبب پایداری ساختاری آنرا در طول چرخه شارژ/تخلیه می شود. هسته غنی از نیکل ظرفیت بالایی برای ذخیره انرژی فراهم می آورد.
با این حال در آزمایش ها، ظرفیت ذخیره انرژی کاتد بطور پیوسته در طول چرخه شارژ/تخلیه کم شد. مشکل در ایجاد شکاف در ذرات در طول چرخه شارژ/تخلیه بود. این ترک ها به سبب ایجاد کرنش بین پوسته و هسته در ذرات ایجاد می شوند. این تیم بدنبال حذف این فشار پیش از چرخه شارژ/تخلیه با تنظیم دقیق روش آماده سازی کاتد بود.
ماده پیش ساز مورد استفاده برای شروع پروسه سنتز یک هیدروکسید است. این ساختار علاوه بر اکسیژن و هیدروژن، دارای سه فلز است: نیکل، کبالت و منگنز.
این تیم دو نسخه از این هیدروکسید را ساخت: یکی با این فلزات بطوریکه در یک گرادیان از هسته تا پوسته توزیع شده اند، دیگری با سه فلز که بطور مساوی در هر ذره توزیع شده اند.
برای تشکیل محصول نهایی، این تیم تلفیقی از ماده پیش ساز و هیدروکسید سدیم را تا دمای ۶۰۰ درجه سانتی گراد گرم کردند، آنرا برای مدت زمان مشخصی در آن دما نگه داشتند، سپس این ماده را تا دمای اتاق خنک کردند. آنها همین طور نرخ های مختلف گرمایش را امتحان کردند. نتایج اولیه نشان داد که هیچ شکافی در ذرات یکنواخت وجود ندارد، اما شکاف هایی در ذرات دارای گرادیان در دمای کمتر از ۲۵۰ درجه سانتی گراد ایجاد می شود.
این ترک ها در هسته و مرز هسته-پوسته ظاهر شده و سپس به سطح حرکت کردند. واضح است که گرادیان فلزی موجب ایجاد کرنش قابل توجهی می شود که منجر به این ترک ها می شود. این تیم هم اکنون در تلاش است تا نیکل را از کاتد حذف کند، که هزینه را حتی بیشتر کم کند و محصول نهایی پایدارتر شود.
نتایج این مطالعه در مجله Nature Nanotechnology انتشار یافته است.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب