یک مشکل بزرگ در مواجهه با الکترودها در باتریهای شارژپذیر، در طی تکرار چرخه های شارژ/دشارژ، افزایش حجم آنها و خردشدن آنها در طی چرخه هاست که گاهی تا دو برابر نیز با افزایش حجم مواجه هستند و همین امر منجر به کاهش کارآیی باتری خواهد شد. اما اکنون، گروهی از محققان دانشگاه MIT و Tsinghua روش جدیدی را برای حل این مشکل پیدا کردند. در این روش، الکترودی از نانوذرات پوسته جامد تعبیه شد که محتویات آن بطور دائم با تغییر اندازه مواجه هستند. این اختراع توانست بطور فابل توجهی طول عمر باتری را بهبود بخشیده و منجر به افزایش توان و انرژی گردد.
در این اختراع از آلومینیوم در آند استفاده شده است. ضمناً استفاده از نانوذرات با محتویات آلومینیوم و پوسته تیتانیوم دی اکسید نیز ظرفیت این آندها را افزایش داده است. اکثر باتریهای لیتیم-یون رایج از آندهای گرافیتی استفاده می کنند. آندهای گرافیتی داری ظرفیت 0.35 آمپر-ساعت بر گرم هستند. در مقابل، آلومینیوم دارای ظرفیت 2 آمپر-ساعت بر گرم بوده و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه است. اما آلومینیوم و سایر مواد با ظرفیت تئوری بالا، زمانیکه لیتیم را جذب می کنند، با افزایش حجم و یا از دست دادن لیتیم با کاهش حجم مواجه خواهند بود. این افزایش و کاهش حجم ذرات آلومینیوم، فشار مکانیکی زیادی را تولید می کند که می تواند منجر به اتصال الکتریکی الکترودها به یکدیگر گردد.
در این پروژه از پوسته تیتانیوم اکسید استفاده شده که آلومینیوم را از الکترولیت مایع جدا می کند. این پوسته با افزایش یا کاهش حجم زیادی مواجه نخواهد بود. در این پروژه از ذرات آلومینیوم با قطر 50 نانومتر استفاده شده که بر روی آنها لایه ای از مواد Al2O3 قرار داشت که در طی فرایند، این لایه آلومینا به تیتانیا (TiO2) تبدیل شد که از قضا هدایت کننده بهتری است. پودرهای آلومینیوم در محلول سولفوریک اسید اشباع از تیتانیوم اکسی سولفات قرار گرفتند. زمانیکه آلومینا با سولفوریک اسید واکنش می دهد، مقداری آب اضافی آزاد میشود که با تیتانیوم اکسی¬سولفات به منظور تولید یک پوسته جامد از تیتانیوم هیدروکسید با ضخامت 3 تا 4 نانومتر واکنش میدهد. آنچه که در طی این فرایند، شگفت-انگیز است این است که در طی تشکیل همزمان این پوسته، در صورتیکه ذرات به مدت جند ساعت درون اسید بمانند، هسته های کوچک آلومینیوم در اندازه 30 نانومتر تشکیل خواهند شد.
در ادامه، این ذرات مورد ارزیابی قرار گرفتند و مشاهده شد که پس از طی 500 چرخه شارژ/ دشارژ، پوسته تیتانیا کمی ضخیم تر شد. اما محتویات درون آن، بدون تغییر باقی ماندند. در نتیجه این پروژه، الکترودی بدست آمد که ظرفیتی 3 برابر الکترودهای گرافیتی را ارائه دادند (1.2 Ah/g). موادی که در این پروژه استفاده شدند، ارزان بوده و کارکردن با آنها نیز آسان است و به راحتی مقیاس پذیر هستند.
