جایگزین نانویی برای لیتیوم در باتری‌ها پیدا شد

محققان با مهندسی نانوساختارها، الکترودی ساختند که می‌تواند جایگزین مناسبی برای باتری‌های لیتیومی باشد.

کد خبر: ۷۰۸۶۷۱

تاریخ: ۲۳ خرداد ۱۴۰۳ - ۰۹:۱۹

به گزارش ایران اکونومیست، باتری‌های لیتیوم یون، با چگالی انرژی زیاد و طول عمر طولانی، چندین دهه بر بازار باتری‌های قابل شارژ حاکم شده‌اند. با این حال، کمبود منابع و افزایش هزینه لیتیوم، نیاز به جایگزین‌های ارزان و فراوان را ملموس‌تر کرده است.

در جدول تناوبی سدیم، درست زیر لیتیوم قرار دارد. در صورتی که محققان بتوانند بر چالش‌های فنی غلبه کنند، سدیم با داشتن خواص شیمیایی مشابه لیتیوم اما بیشتر در دسترس بودن، می‌تواند باتری‌های قابل شارژ کم هزینه را برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ فراهم کند. در حالی که اندازه بزرگتر یون‌های سدیم باعث می‌شود که ورود آن‌ها به الکترودها به سختی انجام شود، پیشرفت‌های اخیر در رساناهای یون سدیم و ارائه الکترودهای با ظرفیت بالا به طور پیوسته شکاف فناورانه موجود در این حوزه را کم‌تر کرده است.

رساناهای سوپریونیک سدیم (NASICONs) به دلیل ساختار کریستالی باز خود، امکان انتشار سریع یون سدیم را فراهم می‌کند از این رو گزینه مناسبی برای ساخت کاتد هستند. رساناهای سوپریونیک سدیم حاوی وانادیوم می‌توانند به ظرفیت‌های کاتدهای لیتیوم نزدیک شوند. با این حال، هزینه و سمیت نسبتاً زیاد وانادیوم مشکل‌ساز است و باید گزینه‌های ارزان و سالم‌تر نظیر آهن و منگنز را به جای وانادیوم در نظر گرفت.

تیمی به سرپرستی ادیسون ا. آنگ در دانشگاه صنعتی نانیانگ در سنگاپور یک کاتد نوآورانه ایجاد کرده است که تقریباً نیمی از وانادیوم را با آهن جایگزین می‌کند و در عین حال عملکرد کاتد نیز افزایش یافته است.

این کاتد یک ترکیب چارچوب کربنی است که هدایت آن بهبود یافته است. انها با روش سل‌ژل و با استفاده از اسید سیتریک رشد ذرات را محدود کردند. در این الکترود با ساختار Na۳.۰۵V۱.۰۳Fe۰.۹۷(PO۴)۳ (NVFP) ذرات با کربن پوشش‌ داده می‌شوند و در نهایت نانوذرات کربنی کروی با کمک آسیاب کردن ایجاد می‌شوند. این ساختار که دارای انشعاباتی است، به دلیل بازوهایی که دارد می‌تواند ذرات NVFP را به هم متصل کند و ساختاری شبیه به گردنبند ایجاد شود. چنین ساختاری از هدایت الکتریکی بالایی برخوردار است و الکترون‌ها به سادگی می‌توانند در آن آمد و شد داشته باشند. تصاویر میکروسکوپی و طیف‌سنجی، این ساختار گردنبندی را تایید می‌کند و همچنین پراش اشعه ایکس ساختار بلوری و چگونگی چیدمان اتم‌های آهن و وانادیوم را نشان می‌دهد.

نتایج آزمایش‌های نشان می‌دهد که این الکترودها ظرفیت ۱۰۶ میلی‌آمپرساعت در گرم را دارند که بعد از ۵ هزار چرخه شارژ/دشارژ ۸۷٫۸ درصد ظرفیت اولیه خود را حفظ می‌کنند.