بهبود کارایی باتری اکسیژن لیتیم با نانولوله کربنی

[ERF@N]

پژوهشگران سنگاپوری با استفاده از نانولوله‌های کربنی موفق به افزایش کارایی باتری‌های اکسیژن لیتیم شدند.

باتری‌های اکسیژن لیتیم منابع جدیدی برای تولید الکتریسیته هستند که در آنها از اکسیژن موجود در جو که درون الکترودهای کربنی متخلخل به دام افتاده، برای تولید انرژی استفاده می‌شود. این باتری‌ها، بسیار سبک‌تر از باتری‌های یون لیتیم معمولی بوده، بنابراین برای استفاده در حوزه‌های مختلف نظیر خودروهای برقی بسیار ایده‌آل هستند.

با این حال هنوز چالش‌های متعددی در مسیر استفاده از این باتری‌ها وجود دارد، برای مثال تولید پراکسید لیتیم نامحلول یکی از محصولات جانبی ناخواسته در طول کارکرد این باتری است. پراکسید لیتیم در الکترود کربنی تولید شده و موجب متوقف شدن فعالیت باتری می‌شود؛ این اتفاق بعد از چند بار شارژ/دشارژ رخ می‌دهد.

اخیرا ژائولین لیو از موسسه آاستار با همکاری آیشیو یو و همکارانش از دانشگاه فودان چین تصمیم به استفاده از نانولوله‌های کربنی در ساخت این باتری گرفتند؛ این کار می‌تواند بروز مشکل شارژ نشدن را در باتری‌های اکسیژن لیتیم به حداقل برساند. دلیل این امر ایجاد یک فوم نیکل سه بعدی است.

در مطالعات پیشین، برای بهبود عملکرد باتری اکسیژن لیتیم، محققان انواع مختلفی از الکترودهای کربنی نظیر زغال‌چوب، گرافن و آئروژل‌های متخلخل را به کار گرفتند. چنین راهبردهایی نیازمند استفاده از چسب‌هایی است تا بتواند ذرات کربنی را به یکدیگر بچسباند. این چسب‌ها موجب کاهش نفوذ اکسیژن شده که در نهایت با مسدود کردن حفره‌های داخلی الکترود موجب زوال کارایی باتری می‌شود.

لیو و همکارانش موفق به ساخت الکترود بی‌نیاز از چسب شدند که در آن از فوم نیکل استفاده شده‌ است، فوم نیکل ماده‌ای ارزان و متخلخل با ساختار سه بعدی است. فوم نیکل موجب مستحکم بودن اما سبک شدن ساختار باتری می‌شود.

برای اطمینان از سازگاری باتری اکسیژن لیتیم با این فوم جدید، محققان نانولوله کربنی تقویت شده با نیتروژن را به‌ صورت مستقیم روی سطح باتری رشد دادند. الکترود نانولوله کربنی تقویت شده با نیتروژن، فعالیت کاتالیستی از خود نشان داده که این کار موجب افزایش طول عمر باتری می‌شود.

پژوهشگران با استفاده از لایه‌نشانی شیمیایی از فاز بخار موفق به اعمال فوم نیکل روی لایه‌ای از نانولوله‌های کربنی شدند. این نانولوله‌ها موجب تشکیل ساختار شبکه‌ای شدند. محققان این پروژه معتقدند که این شبکه حاوی کانال، موجب تسهیل نفوذ اکسیژن شده، به‌ طوری که رسوب پراکسید لیتیم نیز نخواهد توانست عملکرد باتری را مختل کند.