استفاده از نانوالیاف حاوی ذرات آهن برای افزایش ظرفیت باتری

­به گزارش خبرگزاری صدا وسیما، به نقل از پایگاه خبری فناوری نانو ایران، محققان روشی ساده و در عین حال موثر برای تولید ماده‌ای با کارایی بالا برای استفاده در دستگاه‌های ذخیره‌سازی یون لیتیوم ابداع کردند. این گروه نشان داد که نانوالیاف کربنی با پوشش آهن ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی بهتری ایجاد می‌کنند.

با حرکت به سوی کاهش تولید دی‌اکسیدکربن، فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. این کار با فناوری لیتیوم یون انجام خواهد شد.

هان هو، از محققان این پروژه در موسسه انرژی‌های نو، دانشگاه نفت چین می‌گوید: «در میان همه گزینه‌های موجود، دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی که از شیمی ذخیره‌سازی لیتیوم استفاده می‌کنند، مانند باتری‌های لیتیوم یونی و خازن‌های لیتیوم یونی، می‌توانند بهترین عملکرد را در مرحله فعلی ارائه دهند.»

با این حال، اثربخشی فناوری لیتیوم یون از منظر ابعاد، استفاده از آن را در ذخیره‌سازی انرژی محدود می‌کند. به گفته نویسندگان، باتری‌های لیتیوم یونی باید از نظر وزن و حجم بهبود یافته تا رقابت‌پذیری خودرو‌های الکتریکی در بازار افزایش یابد.

در نتیجه، دستاورد‌های بیشتر در افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی ممکن است برای دستیابی به هدف کاهش تولید دی‌اکسید کربن ضروری باشد و نیاز به تحقیق در مورد باتری لیتیوم یون و عملکرد خازن با مواد نوآورانه ضروری است.

انتخاب فعلی در باتری‌ها و خازن‌های ذخیره‌سازی لیتیوم، مواد کربن‌دار مملو از نیتروژن است که فرآیند اولیه ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی است. با این حال، از آنجایی که مواد کربنی غیرقطبی هستند (بار‌ها به طور یکنواخت در بین مولکول‌ها پخش می‌شوند)، لیتیوم باردار (Li+) به‌رغم ساختار غیراشباعی که دارد، به خوبی به آن‌ها نمی‌چسبد. برای حل این مشکل، دانشمندان به نانوالیاف کربنی ذراتی از جنس آهن (Fe) می‌چسبانند تا شیمی سطح محصول نهایی را کنترل کنند و امکان انتقال الکترون و یون بیشتری را فراهم کنند. محققان با استفاده از الکتروریسی، مجموعه‌ای از نمونه‌های نانوالیاف کربنی حاوی آهن ایجاد کردند.

آن‌ها سپس از طیف وسیعی از روش‌های آزمایش الکتروشیمیایی برای ارزیابی عملکرد ذخیره‌سازی Li+ نمونه‌ها استفاده کردند. میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری یک شبکه سه‌بعدی به هم پیوسته از الیاف صاف و بدون خوشه‌ای از ذرات آهن را نشان داد. نتایج حاکی از توزیع مناسب ذرات آهن در این ساختار سه بعدی بود.

یافته‌های محققان نشان داد که افزودن آهن اتمی به مواد کربنی، ساختار الکترونیکی مواد را اصلاح کرده و باعث هدایت الکتریکی بالاتر و مقاومت در برابر انتشار لیتیوم می‌شود. به گفته محققان، عملکرد بهبود یافته الکتروشیمیایی در درجه اول به دلیل اثر هم افزایی آهن اتمی و ایجاد یک اتصال Fe-N است که پیوند فعال‌تری بوده که Li+ می‌تواند به آن متصل شود. در نتیجه، عملکرد ذخیره‌سازی لیتیوم بهبود یافته است.

آند ساخته شده توان الکتریکی طولانی مدت را بیش از ۵۰۰۰ سیکل با چگالی جریان بالا ارائه می‌دهد که هم انرژی بالا و هم چگالی توان بالا را ارائه می‌دهد.