ارتقای باتری‌های لیتیوم یونی با حبس سیلیکون در گرافن

[mr.destiny]

تیمی از محققان دانشگاه استنفورد مدعی ایجاد یک تحول در صنعت باتری شده‌اند که عملکرد باتری‌های لیتیوم یونی را افزایش داده و همچنین آن‌ها را کوچکتر و سبکتر می‌سازد.
محققان توانسته‌اند دو مانع طولانی‌مدت برای این پیشرفت‌ها را با حبس ذرات سیلیکون در قفس‌های گرافنی حذف کنند.
باتری‌ها برای ارتقای ظرفیت در سال‌های اخیر از آندهای سیلیکونی استفاده کرده‌اند که از ظرفیت بیشتری نسبت به ماده رایج گرافیت برخوردار است. اما ذرات سیلیکون در زمان شارژ به اندازه‌ای متورم می‌شوند که مستعد ترک خوردن یا خرابی هستند و همچنین می‌توانند به الکترولیت باتری واکنش نشان داده و پوششی را تشکیل دهند که عملکرد را کاهش می‌دهد.
راه‌حل تیم دانشگاه استنفورد و آزمایشگاه ملی SLAC وزارت انرژی آمریکا قرار دادن هر ذره سیلیکون درون یک قفس سفارشی گرافن است. گرافن با ضخامت یک اتم، نازکترین و قویترین شکل کربن بوده و همچنین رسانای خوبی برای برق است.
این قفس‌های کربنی به سیلیکون اجازه می‌دهد گسترش یافته و حتی متلاشی شوند اما بخش‌های آن در کنار هم باقی می‌مانند تا بتوانند به عملکرد خود ادامه دهند. این سد گرافنی همچنین از ایجاد واکنش‌های شیمیایی مخرب با الکترولیت جلوگیری می‌کند.
گرفتن یک پوشش گرافن بر روی هر ذره سیلیکون، تنها بخشی از فرآیند است. ذرات ابتدا با نیکل پوشش داده شدند و لایه‌های گرافن سپس بر روی فلز قرار گرفتند. در نهایت از اسید برای حل کردن نیکل استفاده شد که فضای خالی کافی را برای گسترش در قفس در اختیار سیلیکون قرار داد.
محققان در گام بعدی قصد دارند مقادیر بزرگتری از این ذرات محبوس را برای تولید باتری‌های پیش‌ساخت در مقیاس تجاری تولید کنند.


منبع : مجله Nature Energy