افزایش ظرفیت باتری‌‌ها با یک ترفند نانویی

با قراردادن تعداد بیشتری فلزات قلیایی در میان لایه‌های گرافن در الکترود باتری‌ها، امکان افزایش ظرفیت باتری‌ها وجود دارد.

محققان دانشگاه اوزاکا، دانشگاه پلی تکنیک توکیو، دانشگاه کیوشو و دانشگاه ملی سینگهوا، روشی برای قرار دادن فلزات قلیایی (AMs) در لایه‌های گرافن ارائه کرده‌اند. آن ها از میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی با ولتاژ کم (LV-STEM) برای مشاهده ساختار اتمی فلزات قلیایی (پتاسیم ، روبیدیوم و سزیم) در گرافن دو لایه (BLG) استفاده کردند. یافته‌های این تیم نشان داد که فلزات قلیایی میان لایه‌های گرافن نفوذ کرده‌اند و ساختار پشته‌ای hcp با ترکیب شیمیایی C_۶M_۲C_۶ ایجاد کرده‌اند.

عملکرد باتری‌های قابل شارژ یکی از عوامل مهم در تعیین میزان مسافت قابل رانندگی با خودروهای برقی و زمان استفاده ازتلفن‌های هوشمند است. اگر این باتری‌ها بتوانند ظرفیت بیشتری را ارائه دهند، عملکرد خودروها و تلفن‌های هوشمند بهتر می‌شود.

عامل اصلی در فاصله رانندگی وسایل نقلیه برقی و زمان استفاده از تلفن های هوشمند، ظرفیت باتری است. اگر باتری های قابل شارژ بتوانند ظرفیت های الکتریکی بیشتری ارائه کنند، بهبود عملکرد این دستگاه های الکترونیکی امکان پذیر است. گرافیت،  الکترود مورد استفاده در باتری‌ها، از چند لایه گرافن تشکیل شده است، فلزات قلیایی بین لایه‌ها قرار می‌گیرد تا جریان الکترون ها در هنگام شارژ و تخلیه تسهیل شود. دستیابی به چگالی بالای ذخیره فلزات قلیایی بین لایه‌های گرافن می تواند ظرفیت الکتریکی را افزایش دهد.

سال‌هاست که از طریق اندازه گیری پراش پرتونگاری الکترونی و اشعه ایکس، مشخص شده بود که لایه‌های گرافن فقط می توانند میزبان یک لایه از فلز قلیایی باشند. تا پیش از این هیچ گزارشی مبنی بر ایجاد لایه‌های متعدد منتشر نشده بود.

این گروه تحقیقاتی روشی برای قرار دادن فلزات قلیایی متعدد میان لایه‌های گرافن ارائه کردند و با میکروسکوپ الکترونی یافته‌های خود را تایید کردند.

نتایج کار محققان نشان داد که این روش جدید می‌تواند تا دو برابر فلزات قلیایی بیشتر را در میان لایه‌های گرافن قرار دهد که انتظار می‌رود ظرفیت باتری‌ها را افزایش دهد.