باتریهای لیتیوم-یون در تلفنهای همراه، تبلتها و ماشینهای برقی استفاده میشوند و دارای اهمیت فراوانی هستند. ظرفیت ذخیرهسازی و چگالی قدرت آنها بهمراتب بالاتر از سایر باتریهای شارژی است. علیرغم پیشرفتهای صورت گرفته، باتری گوشیهای هوشمند تنها بهاندازه یک روز دوام دارد و ماشینهای الکتریکی نیز به ساعتها شارژ نیاز دارند. ازاینرو دانشمندان به دنبال یافتن راهی برای بهبود چگالی قدرت و سرعت شارژ باتریها هستند.
دینا فتاخوا از موسسه تحقیقاتی انرژی و اقلیم بیان کرد: "یک عامل مهم، مواد آندی در باتری است. اصولا آندها بر پایه دیاکسید قلع، ظرفیت بیشتری دارند بنابراین قادرند انرژی بیشتری نسبت به آندهای کربنی که در حال حاضر نیز استفاده میشوند، ذخیره کنند. آنها توانایی جذب یون لیتیوم بیشتری دارند. با این حال، استفاده از اکسید قلع خالص ثبات چرخه بسیار ضعیفی را در باتری نشان میدهد، بهطوریکه بهمرور باعث کاهش توانایی ذخیرهسازی باتری شده و تنها چند بار میتوان آنها را شارژ کرد. حجم آند با هر بار شارژ و دِشارژ شدن نیز تغییر مییابد که منجر به از بین رفتن آن میشود."
یک راهحل برای این مشکل مواد هیبریدی یا نانوکامپوزیتها هستند. دانشمندان مادهای حاوی نانوذرات اکسید قلع غنی شده با آنتیموان، روی لایه گرافنی تهیه کردهاند که لایه گرافن به پایداری ساختاری و رسانایی مواد کمک میکند. ذرات اکسید قلع اندازهای کمتر از سه نانومتر دارند و بهصورت مستقیم روی گرافن رشد میکنند. سایز کوچک ذره و همچنین تماس مناسب بین آن و لایه گرافن، تلرانس آن را به تغییرات حجم اصلاح کرده و در نتیجه سل لیتیومی پایدارتر شده و دوام بیشتری دارد.
سه برابر انرژی بیشتر در یک ساعت
"غنیسازی نانوذرات با آنتیموان، رسانایی بالای آن را تضمین میکند و باعث میشود تا آند خیلی سریعتر عمل کند. بهعبارتدیگر میتواند انرژی را یک و نیم برابر بیشتر از آندهای گرافیتی معمول و تنها در مدت یک دقیقه ذخیره کند."
"قبلا چنین چگالیهای انرژی بالایی تنها با سرعتهای شارژ پایین به دست میآمد و در صورت سریع بودن چرخههای شارژ، ظرفیت باتری کاهش مییافت اما آندهای دوپ شده با آنتیموان، 77 درصد از ظرفیت اولیه خود را حتی بعد از 1000 دور شارژ حفظ میکنند."
"آندهای نانوکامپوزیتی را میتوان با روشی آسان و مقرون بهصرفه تهیه کرد." دینا فتاخوا در آخر بیان کرد: "امیدواریم که دستاورد ما مسیری را برای باتریهای لیتیوم-یونی با چگالی انرژی بالا و زمان شارژ کوتاه باز کند."
با پیشرفت و همهگیر شدن روز افزون استفاده از لوازم الکتریکی، میتوان به ارزش این موضوع پی برد؛ بنابراین انتظار میرود در داخل کشور نیز جهت هماهنگ شدن با علم روز، پروژهها و سرمایهگذاریها به شکلی هدفمند در این مسیر قرار گیرد.