استفاده از چوب برای افزایش طول عمر باتری با خلاقیت دانشمند ایرانی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، پژوهشی که با همکاری «مژگان نژاد» دانشمند ایرانی انجام شده است، نشان می‌دهد مواد تشکیل‌دهنده چوب می‌توانند ایمنی و طول عمر باتری‌های لیتیوم-یون را بهبود ببخشند.

برخی از مصرف‌کنندگان نگران خطرات مرتبط با استفاده از باتری‌های لیتیوم-یون هستند که در همه چیز از تلفن گرفته تا لپ‌تاپ و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شوند. پژوهشگران «دانشگاه ایالتی میشیگان» (MSU) دریافته‌اند که یک ماده طبیعی موجود در چوب می‌تواند ایمنی باتری را بهبود ببخشد و در عین حال، عمر باتری را افزایش دهد.

«چنگچنگ فانگ» (Chengcheng Fang) دانشیار دانشکده مهندسی دانشگاه ایالتی میشیگان و «مژگان نژاد» دانشیار دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی این دانشگاه با همکاری یکدیگر «لیگنین» (lignin) را که یک ماده طبیعی در چوب است و به استحکام آن کمک می‌کند، به یک لایه جداکننده نازک تبدیل کردند.

 این لایه را می‌توان در باتری‌های لیتیوم-یون مورد استفاده قرار داد تا از اتصال کوتاه که می‌تواند به آتش‌سوزی منجر شود، جلوگیری کند. فنگ گفت: ما می‌خواستیم باتری بهتری بسازیم که ایمن، کارآمد و پایدار باشد.

درون یک باتری، الکترود‌های کاتد با بار مثبت و آند با بار منفی به جریان الکتریسیته کمک می‌کنند. برای جدا نگه داشتن این الکترودها، یک جداکننده تجاری معمولاً از مواد پلاستیکی پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن ساخته می‌شود که می‌تواند در دمای نزدیک به ۱۰۰ درجه سلسیوس انقباض یابد.

بدون محافظت از جداکننده، طرف‌های کاتد و آند باتری می‌توانند با یکدیگر تماس داشته باشند و به بروز اتصال کوتاه تصادفی و آتش‌سوزی یا انفجار احتمالی منجر شوند. در مقابل، جداکننده‌های ساخته‌شده از لیگنین طی آزمایش‌ها پایدار ماندند و تا دمای ۳۰۰ درجه سلسیوس از نظر اندازه کوچک‌تر نشدند.

این گروه پژوهشی، ضخامت‌های گوناگونی از لیگنین را آزمایش کردند و دریافتند لایه‌های نازک با ضخامت ۲۵ میکرومتر که نازک‌تر از یک چهارم موی انسان هستند، موثرترین لایه در پایدار نگه داشتن داخل باتری و جلوگیری از اتصال آند و کاتد به شمار می‌روند.

استفاده از لایه لیگنین درون باتری، مزیت دیگری هم داشت. افزایش پایداری درون باتری به بهبود چرخه عمر یا تعداد دفعات شارژ و استفاده از باتری کمک کرد.

این گروه پژوهشی افزودند: ما از دیدن این که لایه لیگنین چرخه عمر باتری را نیز بهبود بخشیده است، شگفت‌زده شدیم. ما چرخه عمر باتری را ۶۰ درصد افزایش دادیم.

مزیت سوم این پژوهش، سازگاری آن با محیط زیست است. پژوهشگران توانستند جداکننده‌های لیگنین را با استفاده از یک روش فرآوری خشک و کم‌هزینه تولید کنند. این بدان معناست که آنها موفق شدند مقادیر زیادی از لایه لیگنین را براساس تقاضا تولید کنند و حلال‌های مضر را که معمولاً در تولید جداکننده‌های سنتی استفاده می‌شوند و می‌توانند برای محیط زیست مضر باشند، به کار نبرند.

در این مورد، پژوهشگران توانستند از لیگنین و سایر موادی که امکان تبدیل ۱۰۰ درصد مواد اولیه را فراهم می‌کردند، برای ساخت یک لایه بدون ایجاد هیچ گونه ضایعات یا آلودگی استفاده کنند.

 لیگنین به ویژه لیگنوسولفونات به طور طبیعی فراوان است و برای عملکرد در باتری‌ها نیازی به عملیات اضافی ندارد. این پژوهش، یک مسیر طراحی جدید را برای بهبود ایمنی و قابلیت تولید مواد باتری نشان می‌دهد.این پژوهش در مجله «Advanced Materials» به چاپ رسید.