آشغال‌ترین باطری دنیا را بشناسید!

خبرگزاری برنا-زهرا وجدانی؛ محققان دانشگاه Keio در ژورنال Nano Select در مورد فناوری نوآورانه ای گزارش دادند که ضایعات سیلیکونی را قادر می سازد تا با استفاده از یک روش کارآمد و پایدار با استفاده از تابش لیزر به مواد آند باتری بازیافت شوند. انتظار می رود که نتایج کاربردهای گسترده ای در تولید نیمه هادی ها و صنایع مرتبط با انرژی داشته باشد.

در زمینه تلاش های جهانی برای کربن زدایی جامعه، باتری ها یک فناوری کلیدی را تشکیل می دهند. به طور خاص، دانشمندان در حال کار بر روی افزایش ظرفیت و طول عمر باتری‌های لیتیوم یونی هستند.

یک روش برای دستیابی به این امر، تغییر ماده آند از کربن به سیلیکون است. دومی در اصل منجر به ظرفیت باتری بزرگتر می شود. با این حال، آندهای سیلیکونی به دلیل تمایل به انبساط در هنگام شارژ شدن، مشکل ساز هستند که در نهایت منجر به عمر کوتاه باتری می شود. به عنوان یک مصالحه، کامپوزیت های سیلیکون-کربن (Si-C) اکنون به عنوان مواد آندی مورد بررسی قرار می گیرند.

به طور خاص، ساختارهایی که به عنوان "نانوذرات هسته-پوسته Si-C" شناخته می شوند، امیدوارکننده بوده اند. 

در این تحقیق، Jiwang Yan از دانشگاه Keio و همکارانش یک فرآیند تک‌تجهیز و تک مرحله‌ای را برای تولید نانوساختارهای Si-C در زمان کوتاه و با هزینه کم توسعه داده‌اند. این روش شامل تابش لیزر است و ممکن است منجر به تولید پایدار یک کلاس کامل از نانومواد کاربردی Si-C شود.

روش های پرتودهی لیزری نیاز به یک هدف خاص دارد. یان و همکارانش با مخلوط کردن پودر سی و سی به اندازه میکرومتر شروع کردند. پودر سیلیکون از لجن ساخته شده است، زباله ای که در هنگام آسیاب ویفرهای سیلیکونی ایجاد می شود، در حالی که برای محتوای کربن، از پودر گرافیت تجاری در دسترس استفاده می شود. سپس مخلوط پودر Si-C به صورت قرص فشرده شد. اهداف تبلت ها با نور لیزر تابش می شدند که باعث تبخیر آنها می شود. بخار به شکل ستونی منبسط و منتشر می شود و پس از آن قطرات تشکیل می شوند و سپس به نانوذرات جامد می شوند.

محققان با استفاده از تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی و روش‌های طیف‌سنجی، خصوصیات نانوذرات را مشخص کردند. تجزیه و تحلیل آنها نشان داد که دو نوع نانوذرات هسته-پوسته تشکیل می شود. در نوع اول، هسته فقط از سیلیکون تشکیل شده است، در حالی که در نوع دیگر، مواد هسته سیلیکون کاربید (SiC) است. در هر دو مورد، پوسته اطراف فقط از کربن تشکیل شده بود.

دانشمندان همچنین از یک دوربین با سرعت بالا برای ثبت شکل گیری و تکامل ستون های تولید شده توسط تابش لیزر استفاده کردند. این به آنها کمک کرد تا دریابند نانوذرات پوسته هسته با چه دقتی شکل می‌گیرند.

در مراحل اولیه فرآیند، نانوذرات Si و SiC (هسته ها) تولید می شوند. اینها سپس از یک "ابر کربن" عبور می کنند که در ستون باقی می ماند، که از طریق آن هسته ها یک پوشش کربنی (پوسته ها) می گیرند.

به نقل از کار یان و همکارانش : نتایج این مطالعه یک راه حل سازگار با محیط زیست و مقرون به صرفه برای ساخت آندهای با کارایی بالا برای باتری های لیتیوم یونی آینده از زباله های صنعتی ارائه می دهد.

جیوانگ یان اکنون با شرکای صنعتی برای ترجمه این نتایج از آزمایشگاه به ساخت واقعی باتری‌های لیتیومی و سایر برنامه‌ها از جمله نمایشگرها و تصویربرداری زیستی همکاری می‌کند.

انتهای پیام/