افزایش دانسیته جریان باتری‌ها با نانولوله کربنی

[ERF@N]

محققان چینی موفق به ساخت نانوالکترودی برای باتری‌های سولفور لیتیم شدند که دانسیته انرژی این کاتد دو تا چهار برابر بیشتر از کاتدهایی است که تاکنون برای این باتری ساخته شده‌ است.

فناوری باتری یون لیتیم یکی از مهمترین منابع تامین انرژی تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و دوربین‌ها است. با این حال دانسیته انرژی این باتری‌ها در حال نزدیک شدن به محدوده نظری از پیش تعیین شده آنها است.

به نوشته سایت نانو، به نظر می‌رسد باید هر چه سریع‌تر به دنبال جایگزینی برای این باتری‌ها بود که بتواند الکتریسیته با دانسیته بالای انرژی تولید کند. در میان گزینه‌های موجود، باتری‌های سولفور لیتیم دارای دانسیته انرژی 2600 Wh kg-1 است که 3 تا 5 برابر باتری‌های یون لیتیم معمولی انرژی تولید می‌کند. بنابراین، این سیستم می‌تواند جایگزینی برای نسل جدید باتری‌ها باشد.

گوگرد دارای هدایت الکتریکی بسیار پایین است که رقم هدایت آن در دمای اتاق 5x10-30 S cm-1 است. بنابراین باید به مقدار 30 تا 70درصد وزنی از یک ماده رسانا نظیر نانولوله کربنی، گرافن، پلیمر رسانا یا کربن متخلخل به آن افزود تا بتواند جریان لازم را تامین کند. اما افزودن مواد نانومقیاس کربنی می‌تواند موجب کاهش دانسیته این باتری‌ها شود.

یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه سینگ‌هوا راهبرد جدیدی برای افزایش گوگرد موجود در این باتری‌ها ارائه کرده است، به‌ طوری که با استفاده از این روش می‌توان مقدار گوگرد را به 90 درصد وزنی رساند. با این کار کاتدی از جنس نانولوله کربنی و گوگرد بوجود آمده که دانسیته بسیار بالایی دارد.

این گروه تحقیقاتی کاتد ساخته شده با این روش را مورد بررسی قرار دادند؛ نتایج نشان داد که ظرفیت حجمی این کاتد 1116 میلی‌آمپر ساعت بر سانتی‌متر مکعب بوده و دانسیته انرژی حجمی آن نیز 434 وات ساعت بر لیتر است. این گروه نتایج یافته‌های خود را در قالب مقاله‌ای در نشریه Nano Energy به چاپ رساندند.

کیانگ از محققان این پروژه می‌گوید: طراحی باتری‌های سولفور لیتیم با دانسیته جریان بالا برای توسعه ادوات الکترونیکی بسیار حیاتی است. ما از نانولوله‌های کربنی برای ایجاد داربست استفاده کردیم، زیرا داربست‌های بدست آمده از این ماده بسیار سبک، ارزان و متخلخل بوده و همچنین هدایت الکتریکی بالایی دارد. ما می‌توانیم این نانولوله‌های تراز شده را با طول 2 تا 200 میکرون بصورت انبوه و با استفاده از راکتور تولید کنیم که هزینه تولید آن کمتر از 100 دلار برای هر کیلوگرم خواهد بود. این نانولوله‌ها را می‌توان به راحتی درون پلیمر پخش کرد، همچنین از آنها می‌توان برای افزایش هدایت الکتریکی ترکیبات گوگردی استفاده کرد.

فی وی از دیگر محققان این پروژه می‌گوید: ما روشی ساده، تک مرحله‌ای و قابل استفاده برای تولید انبوه ابداع کردیم که با استفاده از آن می‌توان داربست‌های گوگرد/نانولوله کربنی در دمای اتاق تولید کرد. این کامپوزیت جدید دارای 90 درصد گوگرد بوده که قادر به تامین دانسیته انرژی 1.98 گرم بر سانتیمتر مکعب است، این رقم 2 تا 4 برابر بیشتر از کاتدهای کامپوزیتی کربن/گوگرد است. بنابراین دانسیته انرژی حجمی این کاتد بیشتر از آن چیزی است که تاکنون در مقالات گزارش شده‌ است.