افزايش ده برابري ظرفيت ذخيره‌سازي در باطري‌هاي نانوسيمي
محققان استانفورد، راهي براي استفاده از نانوسيم‌هاي سيليکوني در باطري‌هاي قابل شارژ يون– ليتيوم يافته‌اند. اين باطري‌ها در لپ‌تاپ‌ها، ipodها، دوربين‌هاي فيلم‌برداري، موبايل‌ها و افزاره‌هاي بي‌شمار ديگري کاربرد دارند.
اين باطري جديد ـ که به‌وسيلة يک گروه تحقيقاتي به رهبري يي سوئي، استاديار علم و مهندسي مواد، توسعه يافته‌است ـ نسبت به باطري‌هاي يون– ليتيوم امروزي ده برابر بيشتر الکتريسيته توليد مي‌کند؛ در اين حالت، لپ‌تاپي که دو ساعت شارژ باطري را نگه مي‌داشت، مي‌تواند بيست ساعت کار کند؛ چيزي که مطلوب مسافران و تاجران اقيانوس‌نورد است. سوئي گفت: «اين يافته يک بهبود کوچک نيست، بلکه يک توسعه انقلابي به شمار مي‌رود».
افزودن ظرفيت ذخيره‌سازي باطري‌هاي يون– ليتيومي مي‌تواند آنها را براي کارخانجات ساخت خودروهاي برقي جذاب بکند. سوئي مي‌گويد که آنها حتي مي‌توانند در خانه‌ها و اداره‌جات براي ذخيره‌سازي الکتريسيته توليدشده به‌وسيلة صفحات خورشيدي پشت‌بام، مورد استفاده قرار گيرند.
ظرفيت ذخيره‌سازي يک باطري يون – ليتيومي با مقدار ليتيومي که مي‌تواند در آند باطري نگهداري شود، تعيين مي‌گردد. آند معمولاً از جنس کربن است. سيليکون ظرفيت بيشتري نسبت به کربن دارد، ولي يک عيب دارد: سيليکون استفاده‌شده در آند باطري، در مدت شارژ شدن هنگامي که يون‌هاي مثبت ليتيوم را به خود جذب مي‌کند، منبسط مي‌شود و در مدت تخليه شدن هنگامي که در يک وسيله برقي(مثل ipod) مورد استفاده قرار مي‌گيرد، منقبض مي‌گردد. اين چرخه انبساط/ انقباض باعث مي‌شود که سيليکون ـ که معمولاً به شکل ذره‌اي يا لايه نازک است ـ خرد شده، عملکرد باطري را خراب كند.
باطري اين محققان با استفاده از فناوري‌نانو اين مشکل را حل کرده‌است. ليتيوم در جنگلي از نانوسيم‌هاي سيليکوني ـ که قطر هر کدام از آنها حدود يک هزارم ضخامت يک برگ کاغذ است ـ ذخيره مي‌شود. جذب ليتيوم به‌وسيلة اين نانوسيم‌ها، آنها را چهار برابر منبسط مي‌کند؛ ولي برخلاف ساير شکل‌هاي سيليکون، اين نانوسيم‌ها خرد نمي‌شوند.
تحقيق در مورد استفاده از سيلکون در باطري‌ها از سه دهه پيش آغاز شده‌است. چان، يکي از اين محققان، توضيح داد: «محققان اين تحقيق را رها کردند، زيرا ظرفيت به اندازه کافي بالا نرفت و طول عمر نيز مناسب نبود. اين مشکل فقط به‌دليل شکل سيليکوني بود که آنها استفاده مي‌کردند، زيرا خيلي بزرگ بود و محققان نتوانستند اين تغييرات حجم را کنترل کنند». اوضاع با آمدن نانوسيم‌هاي سيليکوني تغيير کرد. چان گفت: «ما فقط آنها را کنار هم قرار داديم». اين محققان نانوسيم‌هاي سيليکوني را روي يک زيرلايه فولادي ضد زنگ رشد دادند. اين کار باعث ايجاد يک تماس الکتريکي بسيار خوب گرديد.
سوئي براي ثبت اختراع درخواستي ارائه کرده‌است. او مشغول ثبت يک شرکت و يا عقد قراردادي با يک کارخانه باطري‌سازي است. او مي‌گويد: «ساخت باطري‌هاي نانوسيمي به يک يا دو قدم ديگر نياز دارد، ولي مطمئناً در مقياس‌هاي بالاتر نيز قابل اعمال خواهد بود. اين فرايند يک فرايند کاملاً قابل فهم است».
نتايج اين تحقيق در مجلة Nature Nanotechnology منتشر شده‌است.
منبع: http://www.physorg.com
اين باطري جديد ـ که به‌وسيلة يک گروه تحقيقاتي به رهبري يي سوئي، استاديار علم و مهندسي مواد، توسعه يافته‌است ـ نسبت به باطري‌هاي يون– ليتيوم امروزي ده برابر بيشتر الکتريسيته توليد مي‌کند؛ در اين حالت، لپ‌تاپي که دو ساعت شارژ باطري را نگه مي‌داشت، مي‌تواند بيست ساعت کار کند؛ چيزي که مطلوب مسافران و تاجران اقيانوس‌نورد است. سوئي گفت: «اين يافته يک بهبود کوچک نيست، بلکه يک توسعه انقلابي به شمار مي‌رود».
افزودن ظرفيت ذخيره‌سازي باطري‌هاي يون– ليتيومي مي‌تواند آنها را براي کارخانجات ساخت خودروهاي برقي جذاب بکند. سوئي مي‌گويد که آنها حتي مي‌توانند در خانه‌ها و اداره‌جات براي ذخيره‌سازي الکتريسيته توليدشده به‌وسيلة صفحات خورشيدي پشت‌بام، مورد استفاده قرار گيرند.
ظرفيت ذخيره‌سازي يک باطري يون – ليتيومي با مقدار ليتيومي که مي‌تواند در آند باطري نگهداري شود، تعيين مي‌گردد. آند معمولاً از جنس کربن است. سيليکون ظرفيت بيشتري نسبت به کربن دارد، ولي يک عيب دارد: سيليکون استفاده‌شده در آند باطري، در مدت شارژ شدن هنگامي که يون‌هاي مثبت ليتيوم را به خود جذب مي‌کند، منبسط مي‌شود و در مدت تخليه شدن هنگامي که در يک وسيله برقي(مثل ipod) مورد استفاده قرار مي‌گيرد، منقبض مي‌گردد. اين چرخه انبساط/ انقباض باعث مي‌شود که سيليکون ـ که معمولاً به شکل ذره‌اي يا لايه نازک است ـ خرد شده، عملکرد باطري را خراب كند.
باطري اين محققان با استفاده از فناوري‌نانو اين مشکل را حل کرده‌است. ليتيوم در جنگلي از نانوسيم‌هاي سيليکوني ـ که قطر هر کدام از آنها حدود يک هزارم ضخامت يک برگ کاغذ است ـ ذخيره مي‌شود. جذب ليتيوم به‌وسيلة اين نانوسيم‌ها، آنها را چهار برابر منبسط مي‌کند؛ ولي برخلاف ساير شکل‌هاي سيليکون، اين نانوسيم‌ها خرد نمي‌شوند.
تحقيق در مورد استفاده از سيلکون در باطري‌ها از سه دهه پيش آغاز شده‌است. چان، يکي از اين محققان، توضيح داد: «محققان اين تحقيق را رها کردند، زيرا ظرفيت به اندازه کافي بالا نرفت و طول عمر نيز مناسب نبود. اين مشکل فقط به‌دليل شکل سيليکوني بود که آنها استفاده مي‌کردند، زيرا خيلي بزرگ بود و محققان نتوانستند اين تغييرات حجم را کنترل کنند». اوضاع با آمدن نانوسيم‌هاي سيليکوني تغيير کرد. چان گفت: «ما فقط آنها را کنار هم قرار داديم». اين محققان نانوسيم‌هاي سيليکوني را روي يک زيرلايه فولادي ضد زنگ رشد دادند. اين کار باعث ايجاد يک تماس الکتريکي بسيار خوب گرديد.
سوئي براي ثبت اختراع درخواستي ارائه کرده‌است. او مشغول ثبت يک شرکت و يا عقد قراردادي با يک کارخانه باطري‌سازي است. او مي‌گويد: «ساخت باطري‌هاي نانوسيمي به يک يا دو قدم ديگر نياز دارد، ولي مطمئناً در مقياس‌هاي بالاتر نيز قابل اعمال خواهد بود. اين فرايند يک فرايند کاملاً قابل فهم است».
نتايج اين تحقيق در مجلة Nature Nanotechnology منتشر شده‌است.
منبع: http://www.physorg.com
