بهبود عملکرد باتری‌ها با نانوساختار تخم‌مرغی شکل
یکی از مشکلات بزرگ در مسیر ساخت باتری‌های قابل شارژ، انقباض و انبساط آن‌ها در هر بار شارژ/دشارژ است. الکترود باتری‌ها در هر بار شارژ شدن، بیش از دو برابر حالت اولیه منبسط می‌شود که تکرار این کار عامل زوال باتری در طول عمر کاری آن است.
اخیراً یک گروه تحقیقاتی از مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) با همکاری محققانی از دانشگاه سینگهوای چین موفق به حل این مشکل شدند. آن‌ها الکترودهایی از جنس نانوذرات هسته‌ای -پوسته‌ای ساختند؛ این دو ساختار اثر منفی روی هم ندارند. با این کار عمر باتری به شکل قابل توجهی افزایش می‌یابد.
این نانوساختار دارای هسته‌ای از جنس آلومینیوم و پوسته‌ای از جنس اکسید تیتانیوم است. این ساختار ظرفیت بالایی برای استفاده در آند باتری دارد. در حال حاضر بیشتر باتری‌ها، آندی از جنس گرافیت دارند که ظرفیت آن 0.35 آمپر ساعت در هر گرم است. مدت‌هاست که محققان به دنبال جایگزینی برای این ماده هستند که فلز لیتیم یکی از آن‌ها بوده که به دلیل خطرناک بودن مسئله‌ساز است. سیلیکون گزینه دیگری است که ظرفیت بالایی نیز دارد اما این ماده نیز با افزایش نرخ شارژ/دشارژ دچار افت ظرفیت می‌شود.
آلومینیوم فلز ارزان با ظرفیت 2 آمپرساعت در هر گرم است اما این ماده با جذب لیتیم متورم می‌شود و با آزاد کردن لیتیم چروکیده خواهد شد. این ساختار جدیدی که محققان ارائه کردند شبیه ساختار تخم‌مرغ است. در این ساختار، پوسته متورم نمی‌شود و از پایداری بالایی برخوردار است. این پوسته می‌تواند از لایه درونی، آلومینیوم، در برابر متورم شدن محافظت کند.
به گزارش ستاد توسعه فناوری نانو،نتایج آزمایش‌های انجام شده روی این ساختار نشان می‌دهد که بعد از 500 بار شارژ/دشارژ شدن این الکترود هنوز شرایط بسیار خوبی را داراست. ظرفیت این الکترود سه برابر بیشتر از ظرفیت الکترود گرافیتی است.
نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
