ساخت باتری یون سدیم با نانوسیم‌های تک ‌بلوری

[سمندون 19437]

محققان آمریکایی و چینی با استفاده از نانوسیم‌های اکسید منگنز تک‌بلوری توانسته‌اند ظرفیت الکتریکی و طول‌عمر شارژ مجدد باتری‌های یون سدیم را بهبود دهند. این باتری‌های می‌توانند برای کاربردهای مقیاس بزرگ از قبیل ذخیره انرژی در شبکه الکتریکی، جایگزین ارزان‌تری باشند.

به گزارش سرویس علم و فن آوری پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از نانو، جان لیو، از آزمایشگاه ملی پاسفیک نورث‌وست و یکی از این محققان، می‌گوید: باتری یون سدیم در دمای اتاق کار می‌کند و از یون‌های سدیم که در نمک طعام وجود دارند، استفاده می‌کند.

نانوساختار بلوری یکنواخت اکسید منگنز اصلاح شده با گرما، مسیرهایی مهیا می‌کند که یون‌های سدیم می‌توانند در آنها جریان یابند و این عملکرد الکترودهای اکسید منگنز را بهبود می‌دهد.

الکترودها در باتری‌های یون لیتیوم از اکسید منگنز ساخته می‌شوند. اتم‌ها در این اکسید فلزی حفره‌ها و کانال‌هایی تشکیل می‌دهند که یون‌های لیتیوم موقعی که باتری‌ها شارژ یا استفاده می‌شوند، از سرتاسر آنها عبور می‌کنند. این حرکت آزاد یون‌ها لیتیوم اجازه می‌دهد که باتری الکتریسته را ذخیره کند یا آن را در یک مسیری رها کند. اما جایگرین کردن یون‌های لیتیوم با یون‌های سدیم مشکل است – یون‌های سدیم 70 درصد بزرگ‌تر از یون‌های لیتیوم هستند و نمی‌توانند به آسانی از درون این کانال‌ها و حفره‌ها عبور کنند.

 

این محققان برای پیدا کردن راهی برای ایجاد حفره‌های بزرگ‌تر در اکسید منگنز به سمت ابعاد بسیار بسیار کوچک‌تر حرکت کردند.

 

این گروه تحقیقاتی بدین منظور دو نانوساختار از اکسید منگنز ساخت که هر کدام دارای اجزاء سازنده اتمی متفاوتی بود – در یکی اتم‌ها خودشان را بصورت هرم آرایش می‌دهند و در دیگری اتم‌ها یک هشت‌وجهی (یک ساختار شبه لوزی متشکل از دو هرمِ چسبیده بهم در انتهایشان) تشکیل می‌دهند. آنها انتظار داشتند که نانوساختار نهایی کانال‌های S شکل بزرگی و کانال‌های 5 طرفه‌ی کوچک‌تری داشته باشد، بطوری که یون‌های سدیم بتوانند از سرتاسر آنها عبور کنند.

 

این محققان بعد از مخلوط کردن این مواد، آنها را تا گستره‌ای از دما بین 450 و 900 درجه سلسیوس گرم کردند و برای یافتن بهترین دمای عملیاتی مواد ترکیبی نهایی را آزمایش کردند.

 

بر اساس نتایج این محققان دمای 750 درجه سلسیوس منجر به بهترین بلور ‌شد. اکسید منگنز اصلاح شده در این دما علاوه بر بالاترین ظرفیت، بعد از چرخه‌های شارژ و تخلیه متوالی کمترین کاهش ظرفیت (بالاترین طول‌عمر شارژ مجدد) را داشت.

 

جزئیات نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی Advanced Materials منتشر شده است.