محققان در آمریکا افزاره ذخیره انرژی جدیدی طراحی کرده‌اند که بر اساس انتقال بسیار سریع مقادیری بزرگی از یون‌های لیتیوم بین الکترودها با سطوح بزرگ گرافن، است. این افزاره ذخیره انرژی می‌تواند برای وسایل نقلیه الکتریکی بی‌نهایت مفید باشد و زمان شارژ آنها را از ساعت‌ها به کمتر از یک دقیقه کاهش دهد. دیگر کاربردهای بالقوه این افزاره شامل ذخیره انرژی تجدیدپذیر (برای مثال ذخیره کردن انرژی باد و خورشید) و شبکه‌های هوشمند می‌باشد.

این محققان این افزاره جدیدی را "پیل‌های تعویض – یون لیتیوم تواناشده با سطح گرافن" یا بطور ساده‌تر "پیل‌های در میان واقع‌شده – سطح (SMCs)" می‌نامند. این افزاره‌ها با وجود اینکه هنوز از مواد و پیکربندی بهینه‌نشده استفاده می‌کنند، عملکردی بهتر از باتری‌های یون لیتیوم و ابرخازن‌ها دارند. این افزاره‌های جدید می‌توانند چگالی توانی برابر با 100 کیلووات بر کیلوگرم‌پیل داشته باشند که 100 برابر بزرگ‌تر از چگالی توان باتری‌های یون لیتیوم تجاری و 10 برابر چگالی توان ابرخازن‌ها است. هرچه چگالی توان بیشتر باشد، دبی انتقال انرژی (و درنتیجه زمان شارژ) سریع‌تر است.

 
سطوح ویژه بزرگ الکترودهای این پیل‌ها قادرند به سرعت مقادیر بزرگی از یون‌ها را بین الکترودها انتقال دهند و این منجر به زمان شارژ سریع می‌شود.
 
بعلاوه، این پیل‌های جدید می‌توانند چگالی انرژی برابر با 160 وات‌ساعت بر کیلوگرم‌پیل داشته باشند که با چگالی انرژی باتری‌های یون لیتیوم قابل مقایسه است و 30 برابر چگالی انرژی ابرخازن‌های مرسوم است. هرچه چگالی انرژی بیشتر باشد، این افزاره می‌تواند انرژی بیشتری برای حجم یکسان ذخیره کند و در نتیجه وسایل نقلیه استفاده‌کننده از آن، مدت زمان بیشتری رانده می‌شوند.

نکته کلیدی برای عملکرد خوب این پیل‌ها، آند و کاتدی است که سطوح گرافنی خیلی بزرگی را شامل می‌شوند. این محققان در هنگام ساخت این پیل‌ها، فلز لیتیوم (به شکل ذرات یا ورقه) را در آند قرار دادند. در مدت اولین چرخه تخلیه، این لیتیوم یونیزه شده و مقادیر بسیار بزرگ‌تری از یون‌های لیتیوم در مقایسه با باتری‌های یون لیتیوم، تولید می‌شود.

هنگامی که این باتری استفاده می‌شود، یون‌های مذکور در سرتاسر یک الکترولیت مایع تا کاتد مهاجرت کرده، وارد خلل و فرج شده و به سطح بزرگ گرافن داخل کاتد می‌رسند. در مدت شارژ مجدد، جریان عظیمی از یون‌های لیتیوم سریعا از کاتد به آند مهاجرت می‌کنند. سطوح بزرگ این الکترودها انتقال سریع مقادیر بزرگی از یون‌ها بین الکترودها را ممکن کرده و منجر به چگالی‌های انرژی و توان بالا می‌شوند.

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند.


منبع: ستاد توسعه فناوری نانو به نقل از شبکه فیزیکدانان هوپا



تاريخ : دوشنبه ۱٢ دی ۱۳٩٠ | ۸:۱٢ ‎ب.ظ | نویسنده : آرین سهرابی | نظرات ()
  • اخبار وب
  • هشیاری