محققان دانشگاه نورث وسترن دنبال می كنند؛

ساخت باتری های بهتر با گرافین مچاله

ساخت باتری های بهتر با گرافین مچاله رمز من: پژوهشگران آمریكایی در نظر دارند با استفاده از گرافین مچاله شده، امكان ذخیره انرژی را در باتری های جدید بالا برند.



به گزارش رمز من به نقل از ایسنا و به نقل از گیزمگ، باتری های فلز-لیتیوم پتانسیل بالای در بهبود باتری های لیتیوم-یون كه نیروی دستگاه های سیار و خودروهای الكتریكی را فراهم می كنند، دارند.

با وجود امید به ذخیره انرژی بیشتر در هر شارژ، این باتری ها در شكل كنونی خود به خصوص هنگامی كه مبحث ایمنی مطرح می شود، كمبودهایی دارند.

اكنون، مهندسان دانشگاه "نورث وسترن"" (Northwestern) آمریكا، ادعا می كنند كه با استفاده از گوی های مچاله شده گرافین كه هنگام شارژ باتری، مانند چهارچوب در یك خط قرار می گیرند، این نقص ها را برطرف كرده اند.

"جیاژینگ هوانگ" (Jiaxing Huang)، مهندس دانشگاه نورث وسترن توضیح می دهد: در باتری های كنونی، لیتیوم به صورت اتوماتیك در ماده دیگری مانند گرافیت یا سیلیكون در "آند"(anode)، پخش می گردد اما استفاده از یك ماده اضافی، عملكرد باتری را ضعیف می كند. لیتیوم خود یك فلز است ازاین رو چرا از خود آن استفاده نكنیم؟

دلیل این امر، دندریت ها یعنی فیبرهای میكروسكوپی هستند كه هنگام شارژ باتری، روی سطح آند انباشته می شوند.

دندریت ها در هنگام گسترش، مانع عملكرد باتری و در نهایت باعث اتصال كوتاه یا آتش گرفتن می شوند.

پژوهشگران با استفاده از الكترولیت های گوناگون، با استفاده از تقویت باتری ها با "كِولار" و تولید انبوهی از نانولوله های سه بعدی كه از شكل گیری دندریت ها جلوگیری می كنند، به دنبال مقابله با این مشكل هستند.

روش گروه پژوهشی دانشگاه نورث وسترن، ساخت نوعی از گرافین است كه ابداع آن به سال 2011 بازمی گردد.

این مهندسان، با الهام از یك سطل زباله پر از كاغذهای مچاله شده، به این ایده رسیدند كه ورقه های گرافین را ابتدا در حد قطرات آب كوچك و سپس مچاله كنند تا به شكل گوی درآیند.

هنگامی كه آب، تبخیر می شود، یك نیروی مویرگی بوجود می آورد كه ورقه ها را به شكل توپ های زبر درمی آورد.

در آن زمان، مهندسان مشاهده نمودند كه گرافین در این شكل خود، ظرفیت خوبی برای ذخیره انرژی دارد چون دارای همان خصوصیت های الكتریكی و سطحی ورقه های گرافین است اما مقادیر بیشتر را می توان در یك ساختار محكم بسته بندی كرد.

اكنون، پژوهشگران، در نوع جدیدی از باتری فلزی لیتیوم، گوی های گرافینی مچاله شده را مانند یك چهارچوب متخلخل برای آند به كار می گیرند.

چهارچوب های متخلخل، بخش امیدواركننده ای از این تركیب برای این نوع از ابزار تجربی به نظر می رسد چون هنگام شارژ باتری، لیتیوم، ترجیحا روی سطح آنها قرار می گیرد به صورتی كه از رشد دندریت جلوگیری می كند.

اما چهارچوب ها در هنگام حل یك مشكل، مشكل دیگری را به وجود می آورند. همان گونه كه لیتیوم، سطح چهارچوب را می پوشاند و در چرخه های باتری حل می شود، این ساختار را گسترش می دهد و مانند یك اسفنج مرطوب و خشك منقبض می گردد و فشاری را به وجود می آورد كه می تواند آن را در هم بشكند.

با این كه ممكن است تولید چهارچوب های محكم تر، راه حل واضحی به نظر برسد، هانگ و گروهش، روش متفاوتی را در پیش گرفتند.

یانگ می گوید: راهبرد ما یك تفكر معكوس است. این ذرات به هم متصل نیستند. هنگامی كه لیتیوم خیس می شود، به یك قطعه پیوسته از مواد رسانا یعنی لیتیوم و گرافین تبدیل می گردد.

هنگامیكه لیتیوم خرد می شود، ذرات می توانند برای شكل دادن یك لایه پیوسته و یكنواخت از ذرات گرافین، مجددا سازماندهی شوند و در كنار هم قرار گیرند.

این گروه با این چهارچوب جدید كه می تواند در مقابل نوسانات حجمی چرخه باتری مقاومت كند، آن را در یك باتری سلولی جدید به كار گرفت كه در آن مانند یك شبكه یكنواخت و پیوسته برای یون های لیتیوم عمل می كند تا در سرتاسر سطح جریان داشته باشد.

به گفته پژوهشگران، این باتری، بسیار سبك تر از یك باتری لیتیوم یون معمول است و راه حل آنها می تواند در محفظه ای كه لیتیومی به ضخامت ده ها میكرون جای می گیرد، لیتیومی با ارتفاع 150 میكرون متراكم را جای دهد.

اگرچه هنوز موارد زیادی برای یادگیری در مورد پیچیدگی های این فناوری وجود دارد، مهندسان، حق ثبت آن را گرفته اند.

این پژوهش در مجله " Joule" به چاپ رسید.






1396/11/03
13:34:44
5.0 / 5
109
تگهای خبر: انرژی , تولید
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
نظر شما در مورد این مطلب
نام:
ایمیل:
نظر:
سوال:
= ۴ بعلاوه ۳
رمز من - Ramzeman
ramzeman.ir - حقوق مادی و معنوی سایت رمز من محفوظ است

رمز من

فناوری اطلاعات و امنیت