انقلاب در باتری‌های لیتیومی با الکترودهای چاپ ۳بعدی

به گزارش ایسنا و به نقل از گیزمگ، بسیاری از تحقیقات پیرامون باتری‌های لیتیومی بر روی الکترودها متمرکز است. دانشمندان در مورد جریان‌های الکتریکی که به باتری می‌روند و از آن خارج می‌شوند، به طور مرتب آرایش و واکنش‌های شیمیایی آنها را برای دستیابی به باتری‌های بهبود یافته‌تر تغییر می‌دهند.

در میان آنها محققان دانشگاه کارنگی ملون آمریکا توانسته‌اند با استفاده از یک روش جدید که شامل الکترودهای چاپ سه بعدی با آرایش شبکه‌ای است، به پیشرفت بی‌سابقه‌ای رسیده‌اند.

جستجو برای الکترودهای باتری لیتیومی جدید و بهبود یافته، امیدها را زنده کرده است. این الکترودها شامل قرار دادن سیلیکون در محفظه‌های گرافن هستند که سبب ایجاد نانوسیم‌های باریک و مواد جدیدی مانند SiliconX می‌شوند.

چاپ سه بعدی نیز به عنوان یک روش جدید و کاربردی ظاهر شده است، زیرا می‌توان از آن برای تولید الکترودهایی با معماری متخلخل استفاده کرد که کانال‌های اضافی برای نفوذ الکترولیت را فراهم می‌کنند و به نوبه خود ظرفیت‌های شارژ بهتر را فراهم می‌آورند.

"راهول پانات" استادیار مهندسی مکانیک دانشگاه کارنگی ملون گفت: ساختار جدید که در واقع متخلخل است، اجازه می‌دهد الکترولیت از طریق کانال‌ها عبور کند.‌ با این وجود، این یک ساختار دو بعدی است که بعد سوم با فناوری چاپ سه بعدی به آن افزوده شده است و محدودیت‌هایی در ساخت رشته‌های طولانی از آن وجود دارد.

پانات و یک تیم از مهندسان مکانیک یک روش جدید چاپ سه‌بعدی را ابداع کرده‌اند که این محدودیت را برطرف می‌کند و اجازه می‌دهد تا این الکترودها در هر اندازه‌ای ساخته شوند.

این گروه آزمایش‌های متعددی را در آزمایشگاه انجام داد و دریافتند که در مقایسه با الکترودهای باتری‌های استاندارد، این الکترودها دارای چهار برابر افزایش ظرفیت خاص(ظرفیت در میلی‌آمپرساعت در واحد وزن) و افزایش دوبرابری ظرفیت(ظرفیت میلی‌آمپرساعت در واحد سطح) بودند.

آنها همچنین پس از 40 چرخه الکتروشیمیایی، ساختار خود را حفظ کردند.

این ویژگی‌ها به این معنی است که الکترودهای جدید می‌توانند برای افزایش ظرفیت در وزن ثابت یا ظرفیت بسیار بالاتر در وزن بسیار کم استفاده شوند.

این انعطاف‌پذیری می‌تواند این نوع باتری‌ها را بسیار کاربردی کند. به عنوان مثال با تعبیه در وسایل نقلیه الکتریکی، می‌توان طی مسیر آنها را بدون تغییر در وزن خودرو، بیشتر کرد یا همان فاصله قبلی را با وزن خیلی کمتر طی کنند.

همین اصل را می‌توان در گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و تبلت‌ها اعمال کرد.

محققان با ثبت حق این اختراع، در حال حاضر برای تنظیم تکنیک خود با هدف تولید انبوه و ارائه آن به بازار کار می‌کنند.

این تحقیق در مجله "Additive Manufacturing" منتشر شده است.