فراوری میکروباتری های نو با چهار برابر ذخیره انرژی - وبلاگ سرمایه

به گزارش وبلاگ سرمایه، دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا یک باتری تازه با چگالی بالا ساخته اند که وزن آن به میزان دو دانه برنج است.

به گزارش جام جم آنلاین به نقل از نیواطلس، یکی از چندین زمینه جالب تحقیقات باتری پیشرفته شامل ایده استفاده از اجزای ساختاری برای ذخیره انرژی است. نمونه کاربرد های این نسل از باتری ها برای کاهش وزن در وسایل نقلیه برقی و تجهیزات سربازان است. اکنون دانشمندان این نوع دانش را برای فراوری میکروباتری هایی بسیار سبک که حتی برای حشرات قابل جابه جایی باشند و چهار برابر چگالی انرژی بیشتری را حمل نمایند.

این تحقیق به وسیله مهندسان دانشگاه پنسیلوانیا صورت گرفته است که در حال آنالیز طرح های تازهی برای باتری هایی بودند که به اندازه کافی کوچک و با دوام باشند و به خوبی بتوانند انرژی مورد احتیاج تجهیزات پوشیدنی کوچک و وسایل الکترونیکی را تأمین نمایند. این نوع دستگاه ها به باتری هایی احتیاج دارند که در برابر آسیب های ناشی از ضربه، آب و اکسیژن محافظت شوند و معمولا برای این موضوع از محفظه ای برای باتری ها استفاده می گردد که موجب افزایش وزن و اندازه آن ها می گردد، در حالی که هیچ تأثیر مثبتی بر عملکرد الکتروشیمیایی باتری ندارد.

برای غلبه بر این محدودیت، دانشمندان شیوه طراحی معمول باتری های کوچک را دوباره مورد آنالیز قرار دادند. در این تجهیزات معمولاً از الکترود های بسیار نازک استفاده می گردد که امکان انتقال سریع الکترون ها و یون ها را فراهم می نماید، اما این ویژگی باریک اندازه مواد شیمیایی آن ها و در پی آن اندازه انرژی ای که می توانند ذخیره نمایند را محدود می نماید.

کاتد ها یکی از دو الکترود باتری هستند و معمولاً از ذرات خرد شده ساخته می گردد که به هم فشرده می گردد و یک ساختار متخلخل با سوراخ های هوا ایجاد می نماید، که این تخلخل بر سرعت حرکت یون ها در باتری تأثیر می گذارد. دانشمندان با ایجاد یک ماده کاتدی بسیار متراکم که می تواند مستقیماً روی ورقه های نازک فلزی آبکاری الکترولیتی گردد و هم زمان به اسم پوشش هم عمل کند، بر این مشکل غلبه نموده اند.

جیمز پیکول، سرپرست این مطالعه می گوید: ما باید برای عبور از این چالش نوعی جذب نماینده جریان دو کاربردی فراوری می کردیم. آن ها هم به اسم رسانای الکترون عمل می نمایند و هم به اسم پوشش محافظی که از ورود آب و اکسیژن به باتری جلوگیری می نماید.

به گفته محققان، این طرح میکرو باتری بزرگراه های اتمی کاتد را هم تراز می نماید؛ به این ترتیب یون های لیتیوم با سرعت بیشتر و به صورت مستقیم به وسیله کاتد به داخل دستگاه حرکت می نمایند. از آنجا که یون ها در این روش می توانند بسیار کارآمدتر از کاتد عبور نمایند، می توان آن را بدون این که بر این ویژگی کلیدی تأثیر منفی بگذارد، بسیار ضخیم تر کرد. در نتیجه اندازه مواد شیمیایی ذخیره نماینده انرژی را می تواند دو برابر گردد.

در نهایت، این روش موجب می گردد که میکروباتری چگالی انرژی معادل چهار برابر طراحی های پیشرفته کنونی داشته باشد. وزن این باتری کوچک معادل دو دانه برنج است، اما چگالی انرژی و قدرت یک باتری با ابعاد 100 برابر اندازه خود را دارد. محققان معتقدند که این باتری به زودی کاربرد های بسیار گسترده ای پیدا خواهد نمود؛ مانند ربات های کوچک پرنده، تجهیزات الکترونیکی پوشیدنی، ایمپلنت های پزشکی با طول عمر بیشتر یا دستگاه های بی سیم متعدد با اینترنت اشیا.

در حال حاضر این گروه تحقیقاتی در حال مطالعه روی ترکیب شیمیایی و فیزیکی باتری تازه خود هستند تا بتوانند عملکرد آن را ارتقا دهند. این پژوهش در مجله Advanced Materials منتشر شده است.