الهام از صابون برای ساخت باتری با ماندگاری بالا

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل ازسای تک دیلی، مطالعات نشان می‌دهد الکترولیت‌های با غلظت بالا در باتری ها، مشابه میسل (مواد فعال سطحی) موجود در صابون عمل می‌کنند. 

این درک می‌تواند ظرفیت ذخیره انرژی باتری‌های لیتیوم فلزی را افزایش و پیشرفت قابل توجهی در فناوری باتری را نشان دهد.

محققان کشف کردند یک الکترولیت بسیار امیدوارکننده برای ساخت باتری‌های لیتیومی بادوام تر، نانوساختار‌های پیچیده‌ای دارد که عملکردش مشابه رفتار میسل‌ها در آب صابون است.

محققان دانشگاه براون و آزمایشگاه ملی آیداهو در جستجوی ساخت باتری‌هایی با ماندگاری طولانی‌تر دریافته اند که پاسخ ممکن است در درک چگونگی تمیز شدن چیز‌ها باشد – به ویژه نحوه عملکرد صابون در این فرآیند.

به عنوان مثال، شستن دست‌ها را در نظر بگیرید. هنگامی که شخصی دست‌های خود را با صابون می‌شویند، صابون ساختار‌هایی به نام میسل تشکیل می‌دهد که چربی، کثیفی و میکروب‌ها را در صورت شستن با آب به دام می‌اندازند و از بین می‌برند. صابون این کار را انجام می‌دهد، زیرا به عنوان پلی بین آب و چیزی که پاک می‌شود عمل می‌کند و آن‌ها را به هم متصل می‌کند و آن‌ها را در ساختار‌های میسلی می‌پیچد.

دانش پژوهان فرآیند مشابهی را در چیزی کشف کردند که به یکی از امیدوارکننده‌ترین مواد برای طراحی باتری‌های لیتیومی با ماندگاری بیشتر تبدیل شده است - نوع جدیدی از الکترولیت به نام الکترولیت با غلظت بالا موضعی. آن‌ها می‌گویند این درک جدید از نحوه عملکرد این فرآیند ممکن است قطعه گمشده‌ای برای باز کردن کامل در‌های این بخش فناوری نوظهور باشد.

«یوئه چی» «Yue Qi» استاد دانشکده مهندسی براون، گفت: می‌خواهیم چگالی انرژی باتری‌ها را بهبود بخشیده و افزایش دهیم، به این معنی که باتری‌ها چقدر انرژی در هر چرخه ذخیره می‌کنند و باتری چند چرخه دوام می‌آورد. برای انجام این کار، مواد درون باتری‌های سنتی باید جایگزین شوند تا باتری‌هایی با عمر طولانی که انرژی بیشتری ذخیره می‌کنند، به واقعیت تبدیل شوند – باتری‌هایی که می‌توانند یک تلفن را برای یک هفته یا بیشتر تغذیه کنند، یا وسایل نقلیه الکتریکی که ۵۰۰ مایل را طی می‌کنند، فکر کنید.

دانشمندان آزمایشگاه ملی آیداهو و آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام الکترولیت‌های موضعی با غلظت بالا توسط را مهندسی کردند. آن‌ها با مخلوط کردن غلظت‌های بالای نمک در یک حلال با مایع دیگری به نام رقیق کننده ساخته می‌شوند که باعث می‌شود الکترولیت بهتر جریان یابد و قدرت باتری حفظ شود.

«بن لی» «Bin Li»، دانشمند ارشد در Oak Ridge National گفت: این مقاله یک نظریه واحد در مورد اینکه چرا این الکترولیت بهتر کار می‌کند ارائه می‌کند و درک کلیدی از آن با یافتن ساختار‌های میسل مانند در داخل این الکترولیت حاصل شد - مانند آنچه در مورد صابون انجام می‌شود. در اینجا می‌بینیم که نقش صابون یا سورفکتانت توسط حلالی ایفا می‌شود که هم رقیق کننده و هم نمک را به هم متصل می‌کند و خود را به دور نمک با غلظت بالاتر در مرکز میسل می‌پیچد.

با درک این موضوع، محققان توانستند نسبت‌ها و غلظت‌های مورد نیاز برای ایجاد واکنش‌های بهینه برای باتری‌ها را تجزیه کنند. این باید به حل یکی از مشکلات اصلی در مهندسی این الکترولیت، یعنی یافتن تعادل مناسب برای سه ماده کمک کند. در واقع، این کار نه تنها دستورالعمل‌های بهتری را برای ساخت الکترولیت‌های با غلظت بالا محلی که کار می‌کنند، بلکه برای ساخت الکترولیت‌هایی که حتی مؤثرتر عمل می‌کنند، ارائه می‌دهد.

نتایج این مطالعه در Nature Materials منتشر شده است.