افزایش ظرفیت باتری خودروهای برقی با نوعی نانوالکترود جدید

محققان یک تیم تحقیقات بین‌المللی موفق شدند با استفاده از نانوذرات آهن، الکترود جدیدی با ظرفیت بالاتر برای باتری‌های یون لیتیم تولید کنند.

به گزارش "برق نیوز، خودروهای برقی برای حفظ محیط‌ زیست دارای مزایای بیشتری نسبت به خودروهای بنزین‌سوز هستند، اما در حال حاضر خودروهای بنزین‌سوز با یک باک پر، مسافت بیشتری نسبت به خودروهای برقی طی می‌کنند. برای حل این مشکل، محققان با استفاده از نانوذرات آهن الکترود جدیدی را برای باتری‌های یون لیتیم ساختند که به این خودروها کمک می‌کند تا مسافت بیشتری را طی کنند.

«ژاولین لیو» از موسسه آاستار با همکاری یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه فودان چین اقدام به ساخت این الکترود ارزان قیمت کردند که می‌توان آن را به تولید انبوه رساند. باتری‌های تولید شده توسط این الکترودها قادرند دانسیته بار بیشتری نسبت به الکترودهای رایج یون لیتیوم در خود ذخیره کنند.

باتری‌های یون لیتیوم با نقل و انتقال یون لیتیوم میان دو الکترود، انرژی را ذخیره و رهاسازی می‌کنند. در حین شارژ کردن، یون‌های لیتیوم از کاتد رها می‌شوند. کاتدها معمولا از جنس اکسید کبالت لیتیوم هستند. یون‌ها از میان الکترولیت مایع عبور کرده و به آن می‌رسند. آندها معمولا از جنس گرافیت بوده که حاوی حفره‌های متعددی است. در هنگام دشارژ شدن، تمام این فرآیند برعکس شده و جریان الکتریکی میان دو الکترود ایجاد می‌شود.

اکسید آهن ظرفیت بالاتری نسبت به گرافیت دارد، اما فرآیند آن بسیار کند است. از سوی دیگر وارد شدن یون لیتیوم به درون الکترود اکسید آهن موجب متورم شدن آن شده و در نهایت بعد از چند مرتبه شارژ و دشارژ شدن ساختار الکترود دچار مشکل می‌شود.

«لیو» و همکارانش نشان دادند که الکترود ساخته شده از نانوذرات آهن عمر بیشتری دارد، زیرا حفره‌های موجود در آن دسترسی بیشتری به یون‌های لیتیم می‌دهد. با خارج شدن یون‌ها، ساختار الکترود به حالت اولیه باز می‌گردد. این گروه تحقیقاتی از نانوذرات آهن با ساختار α-Fe2O3 به قطر 5 نانومتر استفاده کردند. این نانوذرات با حرارت دادن نیترات آهن در آب به‌ دست می‌آیند. محققان از کربن بلک و پلی‌وینیلیدین فلوراید برای چسباندن نانوذرات به هم استفاده کردند. این نانوذرات روی فویل مس نشانده شد تا آند ساخته شود.

نتایج نشان داد که پس از 230 بار شارژ/دشارژ این الکترود هنوز 97 درصد ظرفیت 1009 میلی‌آمپر بر ساعت خود را داراست.