مسیر برای جایگزین های باتری لیتیوم با فناوری نانو هموار می شود
به گزارش بست روید، محققان به دنبال 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 بست روید به نقل از مهر، باتری های لیتیوم یون مدت هاست که بعنوان منبع انرژی برای خودرو های الکتریکی استفاده شده و این فناوری بر بازار باتری ها تسلط داشته است. این باتری ها معمولاً 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 پیشبینی می شود.
گوی لیانگزو از محققان لابراتوار ملی آرگونه در وزارت انرژی آمریکا (DOE) می گوید: « باتری های یون سدیم به سبب فراوانی بیشتر و هزینه کمتر سدیم بعنوان 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. ازاین رو محققان لابراتوار ملی آرگونه کاتد جدیدی برای باتری اکسید سدیم-یون طراحی نموده اند که میتوان 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 خصوصیت های کلیدی هر دو طرح اینست که ذرات کاتد میکروسکوپی حاوی تلفیقی از فلزات واسطه است که می تواند شامل نیکل، کبالت، آهن یا منگنز باشد. نکته مهم اینست که این فلزات به صورت یکنواخت در کاتد توزیع نمی شوند بلکه به شکل ساختار هسته ای پوسته ای در کاتد قرار می گیرند. این عناصر در خدمت اهداف مختلفی هستند. سطح غنی از منگنز باعث 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 به صورت پیوسته در طول چرخه شارژ/تخلیه کاهش پیدا کرد. 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 به دنبال حذف این فشار پیش از چرخه شارژ/تخلیه با تنظیم دقیق روش آماده سازی کاتد بود.
ماده پیش ساز مورد استفاده برای شروع فرایند 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 به صورتی که در یک گرادیان از هسته تا پوسته توزیع شده اند، دیگری با سه فلز که به صورت 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 همینطور 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 سبب 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 پژوهش در مجله Nature Nanotechnology انتشار یافته است.
منبع: بست روید
این مطلب بست روید چطور بود؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات کاربران در مورد این مطلب بست روید