راهکاری برای تولید نسل جدید باتری های لیتیومی با نرخ شارژ سریع و عمر بالاتر
سایت امن: عضو هیئت علمی دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف با همکاری گروه تحقیقاتی از دانشگاه شانگهای چین موفق به ارائه راهکاری جدید و معرفی ساختار هیبریدی نانولوله کربن و نانوذرات سیلیکون به عنوان آند باتری لیتیومی شده است.
به گزارش سایت امن به نقل از ایسنا، به نقل از ستاد نانو، دکتر علی اسفندیار، دانشیار دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف با همکاری گروهی از پژوهشگران بین المللی بصورت آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی نشان دادند که طراحی گروههای عاملی مناسب روی نانولوله کربنی می تواند به تماس بهتر آن با سطح نانوذره سیلیکون بینجامد.
با وجود ظرفیت بسیار بالای ذخیره یون لیتیوم در ساختار اتمی سیلیکون به عنوان جایگزین آند گرافیتی متداول، تغییر حجم زیاد و برگشت ناپذیر آندهای جدید سیلیکونی در باتری های یون لیتومی به طور معمول منجر به شکستگی فیزیکی ذره شده که سبب قطع ارتباط عامل رسانا و بستر فلزی می شود. این پدیده ناخواسته منجر به توزیع بار غیر یکنواخت در سطوح سیلیکون در وضعیت شارژ سریع یا دمای پایین و در نهایت کاهش ظرفیت باتری می شود.
بدین سبب انبساط پایدار و برگشت پذیر سیلیکون در حالت ذخیره یون لیتیوم با ثبات مکانیکی خوب برای تحمل تغییر حجم زیاد سیلیکون و حفظ استواری و خاصیت چسبندگی مواد چالشی بزرگ است.
در این پژوهش فصل مشترک بین نانوذره سیلیکون و نانولوله کربن با ساختاری شبیه به زیپ مولکولی طراحی و سنتز شد. این فصل مشترک باید هم از نظر مکانیکی و هم برای حمل و نقل سریع یون ها و الکترون ها مناسب باشد.
در این پژوهش نشان داده شد که با انتخاب مناسب ماده پلیمری و گروههای عاملی، پایداری طولانی مدت چرخه ای در دمای اتاق و حتی دمای انجماد برای باتری تولید شده حاصل می شود. نتایج شبیه سازی المان محدود نیز تأیید می کند که فصل مشترک طراحی شده، سبب توزیع یکنواخت تر یون لیتیوم و تنش مکانیکی حاصل از انبساط سیلیکون خواهد شد. مدل تماس خطی معرفی شده می تواند تنش ناشی از تغییر شکل را در طول ذخیره و یا تخلیه سریع یون لیتیوم به حداقل برساند.
این رویکرد یک راهبرد مؤثر برای نسل بعدی باتری یونی بمنظور داشتن همزمان ظرفیت قابل توجه، نرخ شارژ و تخلیه سریع و طول عمر طولانی تر در محدوده آب و هوایی گسترده است.
نتایج آزمایشات و مطالعات این پژوهش در قالب مقاله ای در مجله معتبر Energy Storage Materials با ضریب تاثیر ۲۱ به چاپ رسیده است.
اگر پسندیدید لاک کنید:
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان سایت امن در مورد این مطلب