باتری های لیتیوم یون «کوچکتر» می شوند و عملکرد باتری های ثانویه تا حد زیادی بهبود خواهد یافت
در سال های اخیر محصولات الکترونیکی مانند تلفن های همراه و رایانه های نوت بوک در حال توسعه بوده اند تا سبک تر و نازک تر باشند. در میان آن ها عمر باتری باتری ثانویه (قابل شارژ) به همان اندازه یا کوچکتر باقی می ماند، اما عمر باتری به طور مداوم بهبود می گیرد. علاوه بر این، در عصر خودروهای انرژی جدید، چگونگی داشتن برد طولانی تری از برق در یک فضای بدنه محدود نیز مشکلی است که باید حل شود. تیم علمی دانشگاه تیانجین به منظور سبک تر کردن نسل بعدی باتری های لیتیوم، «روش قالب گوگرد» را توسعه داد.
در پاسخ به افزایش تقاضا، محققان در حال کار بر روی بهبود عملکرد باتری های ثانویه بوده اند. آن ها دریافتند که فناوری نانو می تواند باتری ها را «سبک تر» و «سریع تر» کند، اما با توجه به چگالی کمتر نانومواد، «کوچکتر» به مشکلی دشوار برای محققان در زمینه ذخیره انرژی تبدیل شده است.
اخیراً پروفسور یانگ کوان هونگ از دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه تیانجین و تیم تحقیقاتی اش یک «روش قالب گوگردی» را پیشنهاد کردند. آن ها در نهایت «خیاط ساخته شده» کپسوله سازی گرافن ذرات فعال را با طراحی مواد آند برای باتری های لیتیوم یون با چگالی انرژی با حجم بالا به پایان رساندند. امکان ساخت باتری های یون لیتیوم را «کوچکتر» کنید.
در مطالعه خواص مواد، محققان دریافته اند که اگرچه باتری های لیتیوم یون در حال حاضر چگالی انرژی بالایی دارند، اما انتظار می رود مواد غیر کربنی مانند قلع و سیلیکون جایگزین گرافیت تجاری فعلی شوند و چگالی انرژی جرم باتری های لیتیوم یون را تا حد زیادی بهبود بخشند. با این حال مسئله گسترش حجم این دو مواد کاربرد و توسعه آن ها را محدود می کند.
بنابراین محققان این مشکل را با استفاده از ساختارهای قفس کربنی ساخته شده از نانومواد کربنی بهبود یافته حل کردند. بر اساس مونتاژ رابط گرافن، آن ها یک فناوری با قالب گوگرد برای سفارشی سازی دقیق قفس های کربن متخلخل متراکم اختراع کردند.
در فرایند ساخت شبکه های متراکم گرافن با استفاده از تکنیک های تبخیر کاپیلی، محققان گوگرد را به عنوان یک قالب حجمی جریان دار برای تکمیل سفارشی سازی کت های گرافن-کربن برای ذرات فعال غیر کربنی معرفی کردند. در آزمایش، با تعدیل میزان قالب گوگرد مورد استفاده، آن ها می توانستند دقیقاً ساختار قفس گرافن-کربن سه بعدی را کنترل کنند و به پوششی «مناسب» از ذرات فعال غیر کربنی دست یابند و در نتیجه به طور مؤثری مقدار هنگفتی از ذرات فعال غیر کربنی ناشی از تداخل لیتیوم را بافر کنند. گسترش حجم باعث می شود آن را نمایشگاه عملکرد حجم عالی به عنوان یک الکترود منفی برای باتری های یون لیتیوم.
از طریق این تحقیق، تیم تحقیقاتی پروفسور یانگ کوانهونگ با موفقیت مشکل تنگنای چگالی و متخلخل بالای مواد کربنی را حل کردند، و مواد کربنی متخلخل با چگالی بالا را به دست آورد.
شایان ذکر است که این ایده طراحی «خیاط ساخته شده» ساختار قفس کربن بر اساس مونتاژ گرافن را می توان به یک استراتژی ساخت و ساز عمومی شده برای باتری های یون لیتیوم با انرژی بالا نسل بعدی و مواد الکترودی مانند باتری های لیتیوم-گوگرد و باتری های لیتیوم-هوا گسترش داد. انتظار می رود باتری ذخیره انرژی به «حجم کوچک» و «ظرفیت بالا» دست یابد که تا حد زیادی نیازهای قابل حمل بودن کاربران را برآورده می کند.
