خبر خوب برای خودروهای برقی؛ شارژ فوقسریع با باتریهای فولرن ممکن میشود
محققان دانشگاه توهوکو موفق به توسعه روشی شدند که میتواند کاربرد فولرنها را در فناوری باتری پایدار کند و محدودیتهای قبلی این ماده را برطرف نماید. این پیشرفت میتواند مسیر تولید باتریهایی با ظرفیت بیشتر شارژ سریعتر و عمر طولانیتر را هموار کند.
به گزارش interesting engineering، تمرکز این تحقیق بر مادهای به نام Mg۴C۶۰ است که با استفاده از پلهای کووالانسی مشکلات پایداری آندهای مبتنی بر کربن را حل میکند. در این ساختار اتمهای منیزیم باعث ایجاد اتصالات بین قفسههای فولرن از طریق پیوندهای کربن کربن و واکنشهای سیکلودیزاسیون [۲+۲]میشوند. این فرآیند شیمیایی باعث تغییر ماده از یک جامد مولکولی واندروالس به یک چارچوب پلیمری لایهای میشود.
باتریهای لیتیوم یون فعلی بیشتر از گرافیت بهعنوان آند استفاده میکنند؛ مادهای که محدودیتهایی در سرعت شارژ و ذخیره لیتیوم دارد و در برخی شرایط رسوب لیتیوم روی سطح آند میتواند خطرات ایمنی ایجاد کرده و عمر باتری را کاهش دهد. فولرنها به دلیل خواص شیمیایی ویژه و توانایی انجام واکنشهای ردوکس از مدتها پیش بهعنوان جایگزین بالقوه گرافیت مورد توجه قرار داشتند، اما پایداری پایین مانع استفاده تجاری از آنها شده بود.
تحقیقات دانشگاه توهوکو نشان میدهد که چارچوب کووالانسی Mg۴C۶۰ حل شدن فولرنها در الکترولیت و فروپاشی ساختاری داخلی را جلوگیری میکند. برخلاف مولکول C۶۰ اولیه که در طول ذخیره لیتیوم دچار چندین تغییر فاز میشود Mg۴C۶۰ پروفایل الکتروشیمیایی یکنواخت و مشابه کربن نرم دارد که ناشی از چارچوب دوبعدی منظم آن است.
نتایج این پژوهش نشان میدهد که با وجود تغییر شکلهای برگشتپذیر قفسههای فولرن اسکلت کلی ساختار باقی میماند و امکان ذخیره لیتیوم بهصورت قابل بازگشت بدون تخریب ماده فراهم میشود. این امر میتواند زمینهساز تولید باتریهایی شود که از شارژ سریع پشتیبانی کرده و انرژی بیشتری در واحد حجم ذخیره میکنند.
هاو لی از موسسه پیشرفته تحقیقات مواد (WPI-AIMR) اعلام کرده است که گام بعدی تیم تحقیقاتی گسترش این استراتژی کووالانسی به انواع چارچوبهای فولرن و کربنی است. هدف آنها ایجاد مواد پایدار با ظرفیت بالا و مناسب برای باتریهای شارژ سریع است و برنامههایی برای همکاری با صنعت و بررسی مقیاسپذیری این مواد نیز در نظر گرفته شده است.
این دستاورد علمی امکان ذخیره پایدار لیتیوم در کربن را فراهم کرده و موانعی که پیشتر استفاده از فولرنها را در باتریها محدود میکرد برطرف میسازد. با تثبیت چارچوب ساختاری و امکان بازسازی حالت الکترونیکی چارچوب Mg۴C۶۰ میتواند بهعنوان یک آند بادوام و کارآمد در باتریهای قابل شارژ تجاری مورد استفاده قرار گیرد.
انتهای پیام/
