تبدیل نقطه‌ضعف باتری‌های لیتیم-یون به نقطه قوت

تیمی از دانشمندان با همکاری «رضا شهبازیان‌یسار» از دانشگاه میشیگان و «فرزاد مشایخ»، دانش‌آموخته دانشگاه صنعتی شریف و محقق حال حاضر دانشگاه میشیگان، نشان داده‌اند مرزهای دوقلویی در باتری‌های لیتیم-یون که در حالت معمول برای این سیستم‌ها نقص به شمار می‌آیند، در واقع، می‌توانند به عملکرد بهتر آن‌ها کمک کنند.

نقص‌هایی مانند مرزهای دوقلویی، به طور طبیعی در ماده باتری رخ می‌دهند و بخش اعظمی از تحقیقات پیشین بر حذف آن‌ها از مواد تمرکز کرده‌ بودند.

دانشمندان به رهبری شهبازیان‌یسار دریافته‌اند این مرزهای دوقلویی در باتری‌ها می‌توانند کانال‌های خوبی باشند که به انتقال‌ یون‌های لیتیم کمک کنند.

چون باتری‌های لیتیم-یون سبک هستند، تراکم انرژی بالایی را در خود جای می‌دهند و کارآیی آن‌ها به طور دائم بالا می‌رود، این باتری‌ها بسیاری از گجت‌ها را نیرودهی می‌کنند.

تمامی باتری‌های پایه یعنی باتری‌هایی که با یون‌های لیتیم کار می‌کنند، به حرکت یون‌ها بین آند و کاتد متکی‌اند و جریان الکتریکی یون‌ها را مجاب می‌کند بین آن‌ها حرکت کنند. انرژی پایین یک باتری بدین معناست که تبادل یون پایین‌تری بین آند و کاتد رخ می‌دهد و مرزهای دوقلو می‌توانند به بسط‌دادن این تبادل بدون کاستن از عمر باتری کمک کنند.

مرزهای دوقلو، نارسایی‌های متقارن و کوچکی در باتری‌ها هستند و تقارن آن‌ها موجب بروز مشکلاتی می‌شود زیرا نقطه‌ضعف‌هایی را در ماده ایجاد می‌کند. بر اساس یافته‌های شهبازیان‌یسار و تیم علمی‌اش، همزمان این تقارن، مسیری برای حرکت طولانی یون‌ها در طول آن فراهم می‌کند. آن‌ها نشان داده‌اند یک مرز دوقلو به عنوان بزرگراهی برای انتقال یون‌های لیتیم عمل می‌کند.

شهبازیان‌یسار در این باره گفت: معمولا فضای خالی در درون بلور وجود دارد که یون‌ها از آن‌برای واردشدن و خارج‌شدن از الکترود استفاده می‌کنند. این فضا مانند شهر شلوغی با خیابان‌های باریکی است و یون‌ها به خودروهای در حال حرکت شباهت دارند. در صورت بروز تصادف، ساخت وساز جاده‌ای یا ترافیک، خودروها نمی‌توانند به آسانی از میان خیابان‌ها عبور کنند و این موضوع در باتری‌ها نیز رخ می‌دهد. یون‌های لیتیم به مسیرهای باز و عریضی برای حرکت‌ به داخل یا خارج از الکترودها نیاز دارند و هر نوع مانعی بر سر راه یون‌های متحرک به میزان انرژی باتری کمک می‌کند.

تیم تحقیقاتی، مرزهای دوقلو را برای اکسید قلع آزمایش کرده اما شهبازیان یسار مدعی است می‌توان آن‌ها را به بسیاری از مواد باتری اعمال کرد.

به گفته وی، گام بعدی یافتن شیوه بهینه‌کردن این نقص‌ها برای متعادل‌کردن یکپارچگی مکانیکی با میزان ساختارهای دوقلو است.

یافتن این تعادل گام بعدی در تحقیقات دانشمندان است و یافته‌های جدید درباره مرزهای دوقلو، زمینه لازم برای توسعه‌دادن باتری‌های لیتیم-یون را فراهم می‌کند.

جزئیات این دستاورد علمی در مجله Nano Letters ارائه شد.

منبع: ایسنا

نشانگرهای خلاقانه کتاب (عکس)

تماشاخانه

پارک ژانگ جیاجی باغی آسمانی در چین / جنگلی شگفت‌انگیز از صخره‌های معلق در میان آسمان و زمین (فیلم)

افسری فرانسوی که نقاش ناصرالدین‌شاه شد / از ارتش ناپلئون تا کاخ گلستان (فیلم)

فیلم های دیگر