ساخت باتري ليتيوم هوا از گرافن متخلخل با بالاترين ظرفيت ذخيره انرژي

دانشمندان آزمايشگاه ملي پاسيفيک ‌نورث‌وسترن و دانشگاه پرينستون با ساختارهاي گرافني شبيه پوسته‌هاي تخم‌مرغ شکسته، يک باتري ليتيوم- هوا ساخته‌اند كه بالاترين ظرفيت ذخيره انرژي در بين اين نوع باتري‌ها را دارد.

به گزارش سرويس فناوري ايسنا، اين ماده متخلخل سياه را مي‌توان در باتري‌هاي ليتيوم – هوا، با صفحه‌هاي گرافني نرم مرسوم که در طول استفاده با ذرات ريز مسدود مي‌شوند، جايگزين کرد. مزيت ديگر اين ماده جديد اين است که بر پلاتين يا ديگر فلزات نجيب متکي نيست، بنابراين توان بالقوه‌اي براي کاهش هزينه‌ها دارد.

«جي‌ژياو»، محقق ارشد اين مطالعه گفت: اين ساختار سلسله مراتبي از صفحه‌هاي گرافني خودآراء نه‌ تنها براي باتري‌هاي ليتيوم- هوا ايده‌آل است، بلکه براي بسياري از ديگر کاربردهاي بالقوه انرژي نيز مناسب است.

اين محققان آزمايش خود را با ترکيب يک عامل پيوندي با گرافن، شروع کردند. مانند صابون که روغن را در آب پراکنده مي‌کند، اين عامل پيوندي گرافن را در محلول پراکنده مي‌کند. سپس اين عامل پيوندي و گرافن به آب اضافه و با استفاده از فرايندي که داخل محلول حباب‌هايي ايجاد مي‌کند، مخلوط شدند. گرافن و پيوند‌دهنده اطراف اين حباب‌ها جمع شده و سخت شدند. زماني که اين حباب‌ها به تدريج خارج شدند، کره‌هاي حفره‌داري از گرافن باقي ماند. اين ذرات سياه ريز قطري بين سه تا چهار ميکرومتر داشتند.

اين دانشمندان با استفاده از مدلينگ و ميکروسکوپ، اين ساختارهاي گرافني و عملکردشان را تجزيه و تحليل کردند. آنها با سيستم ابرمحاسبه در مرکز محاسبه علمي تحقيقاتي انرژي ملي، محاسبات تئوري عملکردي چگالي را انجام دادند. آنها همچنين اين ذرات را با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني در آزمايشگاه علوم مولکولي محيطي مطالعه کردند.

اين محققان متوجه شدند که اين ساختارهاي متخلخل سياه ظرفيت ذخيره انرژي بيش از 15 هزار ميلي‌آمپر ساعت بر يک گرم گرافن دارند که از ظرفيت ديگر مواد بسيار بالاتر است.

اين دانشمندان کاتاليست‌هاي بسياري را براي باتري خود مطالعه کردند و در نهايت استفاده از فلز نجيب را انتخاب نکردند که اين هزينه‌ها را به طور قابل ملاحظه‌اي کاهش مي‌دهد. باتري اين محققان در يک محيط فقط اکسيژن بالاترين ميزان ظرفيت ذخيره انرژي را دارد. موقعي که در هواي محيط عمل مي‌کند، ظرفيت آن کاهش مي‌يابد، زيرا آب موجود در هوا، فلز ليتيوم در اين باتري را آلوده مي‌کند.

اين محققان، جزئيات نتايج کار خود را در مجله‌ «Nano Letters» منتشر کرده‌اند.