بهبود عملکرد باتری ها با ذخیره انرژی در لایه های کربن
ژنان بائو Zhenan Bao، نویسنده ارشد مقاله و استاد مهندسی شیمی در دانشگاه استنفورد می گوید : ما موفق به طراحی کربنی شدیم که قابل کنترل و چند منظوره است. مطالعات ما نشان می دهد این ماده جدید توانایی شگفت انگیزی در ذخیره انرژی دارد و عملکرد بسیار بهتری نسبت به باتری های لیتیوم- سولفور از خود نشان می دهد. بائو اضافه کرد: طراحی کربن جدید پیشرفت چشمگیری نسبت به کربن های فعال متعارف صورت گرفته است.
کربن های فعال موادی ارزان قیمت هستند که در تصفیه هوا و آب از آن ها استفاده می شود. کربن توسط نارگیل فعال می شود به این صورت که نارگیل با درجه بسیار زیاد در کارخانه سوزانده می شود و به کربن اضافه می شود. در این فرآیند نانو حفره هایی در کربن ایجاد می شود که منجر به افزایش سطح آن می شود که به آن اجازه می دهد تا انرژی الکتریسیته بیشتری را جذب کند. ولی مشکل جدی کربن فعال، به دلیل اتصال کم در بین حفره ها، رسانایی کربن محدود است و همچنین هیچ کنترلی بر روی کربن فعال نمی توان داشت. از طرفی دیگر نا خالصی های نارگیل و دیگر مواد اولیه خام بر روی کربن بر جای می ماند. این نا خالصی ها از عملکرد مناسب کربن فعال جلوگیری می کند.
بائو و همکاران روش جدیدی را برای ایجاد کربن با کیفیت، با استفاده از مواد ارزان قیمت و تمیز ارائه داده اند. این فرآیند جدید با هیدروژل آغاز می شود. هیدروژل پلیمری پایه آبی با بافت اسفنجی است. هیدروژل به منظور انتقال بهتر الکتریسته در ترکیبات جدید کربن استفاده شده است که در نهایت ورقه های کربن با ضخامت نانومتر تولید شده است.
جان تو John To ، همکارنویسنده و دانشجوی تحصیلات تکمیلی دانشگاه استنفورد اضافه کرد : ورقه های کربن، الکتریسیته را به خوبی عبور داده و برای افزایش سطح کربن از پتاسیم هیدروکسید در روند تولید ورقه های کربن استفاده شده است.
نام این ورقه های کربن، کربن طراح designer carbon گذاشته شده است به این خاطر که محققان می توانند با تغییر در روند تولید آن و کنترل مواد شیمیایی و سطح آن، خصوصیات ماده را تغییر دهند. به عنوان مثال با افزایش درجه حرارت فرآیند تولید از 400 درجه سلسیوس به 900 درجه سلسیوس، حفره های سطح کربن تا 10 برابر افزایش می یابد.
مساحت سطح کربن جدید که برابر با 4073 مترمربع در هر گرم است یعنی چیزی در حدود 3 زمین فوتبال آمریکایی، رکورد بالاترین سطح را کسب کرده است این در صورتی است که کربن های فعال می توانستند به حداکثر تا 3000 متر مربع در هر گرم دست یابند.
تیم تحقیقاتی دانشگاه استنفورد برای بررسی عملکرد مواد، کربن جدید را بر روی باتری های لیتیوم-سولفور و باتری های بزرگ مورد استفاده در حمل و نقل و کار های صنعتی بزرگ نصب کردند. نتایج آزمایش بسیار شگفت انگیز بود و ظرفیت رسانایی الکتریکی آن پیشرفت 3 برابری نسبت به کربن های گذشته داشته است.
هنگامی که لیتیوم و سولفور در باتری های لیتیوم-سولفور وارد واکنش می شوند، مولکول لیتیوم پلی سولفید تشکیل شده که در نهایت منجر به از بین رفتن باتری می شود. تیم تحقیقاتی دانشگاه استنفورد دریافتند که استفاده از ورقه های کربن طراح در باتری های لیتیوم سولفور می تواند با به دام انداختن مولکول های لیتیوم پلی سولفید، عملکرد باتری را بهبود بخشد.
بائو در آخر معتقد است که کربن طراح بسیار ساده است، نسبتا ارزان است و در شرایط بحرانی عملکرد های بی نظیری دارد.
No tags for this post.
