گروهی از دانشمندان موفق به ساخت الکترولیت باتری نسل بعدی از چوب شدند که رسانایی بی سابقهای را ارائه می دهد.
به گزارش پایگاه خبری صنایع مدرن به نقل از نیواطلس، باتریهای لیتیومی امروزی معمولاً از یک الکترولیت مایع برای حمل یونها بین دو الکترود استفاده میکنند، اما دانشمندانی که به جایگزینهای جامد نگاه میکنند، فرصتهای هیجانانگیزی را پیش رو میبینند.
در میان آنها گروهی از پژوهشگران یک مطالعه جدید انجام دادند که از سلولز به دست آمده از چوب به عنوان پایه یکی از این الکترولیتهای جامد استفاده کردهاند که به اندازه کاغذ نازک است و میتواند برای جذب فشار در چرخه باتری استفاده شود.
یکی از کاستیهای الکترولیتهای مورد استفاده در باتریهای لیتیومی امروزی این است که حاوی مایعات فراری هستند که در صورت اتصال کوتاه دستگاه، خطر آتشسوزی را به همراه دارند و میتوانند باعث تشکیل رشدهای شاخک مانند به نام دندریت شوند که عملکرد را به خطر میاندازند.
در همین حال، الکترولیتهای جامد را میتوان از مواد غیر قابل اشتعال ساخت، چون دستگاه را کمتر مستعد تشکیل دندریت میکند و ممکن است امکانات کاملا جدیدی را در مورد طراحی باتری ایجاد کند.
یکی از این احتمالات مربوط به آند است، یکی از دو الکترود، که در باتری های امروزی از ترکیب گرافیت و مس ساخته می شود.
برخی از دانشمندان الکترولیتهای جامد را به عنوان پلهای کلیدی برای کارکرد باتریها با یک آندِ ساخته شده از فلز لیتیوم خالص می دانند که می تواند به شکستن گلوگاه چگالی انرژی کمک کند و خودروها و هواپیماهای برقی را قادر می سازد تا مسافت بیشتری را بدون شارژ طی کنند.
بسیاری از الکترولیتهای جامد که تاکنون ساخته شدهاند از مواد سرامیکی ساخته شدهاند که در هدایت یونها بسیار موثر هستند، اما به دلیل ماهیت شکنندهشان در برابر فشار در هنگام شارژ و تخلیه مقاومت نمیکنند.
چوب رسانایی به مراتب بیشتر
دانشمندان دانشگاه براون و دانشگاه مریلند به دنبال جایگزینی برای این بودند و از نانوفیبریل های سلولزی موجود در چوب به عنوان نقطه شروع استفاده کردند.
این لولههای پلیمری مشتق شده از چوب با مس ترکیب شدند تا یک هادی یون جامد را تشکیل دهند که دارای رسانایی مشابه سرامیکها و بین 10 تا 100 برابر بهتر از سایر هادیهای یون پلیمری است.
به گفته تیم، علت به این دلیل است که افزودن مس، فضایی را در بین زنجیرههای پلیمری سلولزی برای تشکیل بزرگراههای یونی ایجاد میکند و یونهای لیتیوم را قادر میسازد تا با کارایی بیسابقه حرکت کنند.
لیانگبینگ هو، نویسنده این پژوهش گفت: با ترکیب مس با نانوفیبریلهای سلولز یکبعدی، ما نشان دادیم که سلولز معمولی عایق یونی، انتقال سریعتر لیتیوم یون را در زنجیرههای پلیمری تسهیل میکند. در واقع، ما دریافتیم که این هادی یونی به رکورد هدایت یونی بالایی در بین تمام الکترولیتهای پلیمری جامد دست یافته است.
از آنجایی که این ماده به اندازه کاغذ نازک و انعطاف پذیر است، دانشمندان معتقدند که فشارهای ناشی از چرخش باتری را بهتر تحمل میکند. آنها همچنین می گویند که پایداری الکتروشیمیایی برای قرار دادن آند لیتیوم-فلز و کاتدهای ولتاژ بالا را دارد یا می تواند به عنوان یک ماده چسبنده عمل کند که کاتدهای فوق ضخیم را در باتریهای با چگالی بالا میپوشاند.
نویسنده این مطالعه میگوید: یونهای لیتیوم در این الکترولیت جامد آلی از طریق مکانیسمهایی حرکت میکنند که معمولاً در سرامیکهای معدنی یافت میشود و هدایت یونی بالایی را ممکن میسازد. استفاده از موادی که طبیعت فراهم میکند، تاثیر کلی تولید باتری بر محیط زیست ما را کاهش می دهد.
این تحقیق در مجله نیچر منتشر شده است.
