با آزمایش نوع جدیدی از مواد ایجاد شده توسط دانشمندان در روسیه، تعدادی از مزایای عملکردی امیدوار کننده، به ویژه توانایی ارائه ظرفیت سه برابری نسبت به باتری‌های لیتیومی امروزی پدیدار شده است. این موفقیت ناشی از جایگزینی مواد مورد استفاده برای یکی از الکترودهای باتری با نانوکُره‌های توخالی است که باتری را قادر می‌سازد نه تنها شارژ را بیشتر نگه دارد، بلکه در مدت زمان قابل توجهی پایدار بماند.

باتری‌های لیتیوم-یون امروزه انرژی لازم برای همه چیز از گوشی‌های هوشمند گرفته تا لپ‌تاپ و همه وسایل نقلیه الکتریکی را تأمین می‌کنند و همه این کارها را با استفاده از گرافیت به عنوان آنُد (الکترود منفی باتری) انجام می‌دهند. آند یک نقطه تمرکز اصلی و کلیدی برای دانشمندانی است که به دنبال بهبود عملکرد باتری‌ها هستند.

برای محققان دانشگاه ملی علم و فناوری روسیه(MISIS)، این به معنای کشف جایگزین برای آندهای گرافیتی بود که می‌توانند کارایی بیشتری ارائه دهند. آنها از طریق تکنیکی به نام "اسپری آذرکافت مافوق صوت" که در آن یون‌های فلزات خاص از طریق امواج سونوگرافی به مه تبدیل می شوند و سپس آب در دمای بالا تبخیر می‌شود، قادر به ایجاد کُره‌های میکروسکوپی توخالی با ساختاری متخلخل و متناسب شدند.

این ساختارها در باتری‌های لیتیومی به عنوان آند استفاده شدند و مورد آزمایش قرار گرفتند و محققان تعدادی از مزایای عملکردی را در باتری بر اثر آن مشاهده کردند. این ماده جدید نه تنها ظرفیت باتری را چند برابر می‌کند، بلکه متخلخل بودن آند در ۱۰۰۰ چرخه شارژ به خوبی حفظ شد. این ویژگی به پایدار ماندن باتری در طول عمر خود به شکل چشمگیری کمک می‌کند.

آذرکافت(Pyrolysis) فرآیندی ترموشیمیایی است که طی آن مواد آلی در اثر گرما تجزیه می‌شوند. این فرآیند مشتمل بر تغییر همزمان ترکیب شیمیایی و فاز فیزیکی بوده و فرآیندی برگشت‌ناپذیر است.

"اوگنی کولسنیکوف" سرپرست این مطالعه می‌گوید: میکروکره‌های نانوساختار متخلخل(با ترکیب شیمیایی Cu۰.۴Zn۰.۶Fe۲O۴) که ما استخراج کرده‌ایم و به عنوان ماده سازنده آند باتری استفاده می‌شود، ظرفیت سه برابری را برای باتری‌های موجود در بازار فراهم می‌کند. علاوه بر این، اجازه می‌دهد تا تعداد چرخه تخلیه و شارژ در مقایسه با سایر باتری‌های گرافیتی تا پنج برابر افزایش یابد. این بهبود به دلیل یک اثر هم‌افزایی با ترکیبی از نانوساختار خاص و ترکیب عناصر استفاده شده حاصل می‌شود.

مثل همیشه، انتقال این نتایج امیدوارکننده که در یک آزمایشگاه تحت شرایط کنترل شده حاصل شده‌اند، روی یک باتری که بتواند به مدت سه شبانه‌روز تلفن هوشمند شما را تغذیه کند، کار ساده‌ای نیست. اما چنین ظرفیت بالایی و پایداری عالی باتری، ویژگی‌های بسیار مطلوبی است که راه را برای ورود باتری‌های نسل بعدی باز می‌کند.

این مطالعه در مجله Alloys and Compounds منتشر شده است.

ایسنا/