نانومواد

جایگزینی لیتیوم با سدیم در باتری ها

جایگزینی لیتیوم با سدیم در باتری ها

 

جایگزینی لیتیوم با سدیم در باتری ها
اعتبار: دامنه عمومی Pixabay / CC0

جایگزینی لیتیوم با سدیم در باتری ها یک تیم بین المللی از دانشمندان NUST MISIS ، آکادمی علوم روسیه و Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf دریافتند که به جای لیتیوم (Li) ، سدیم (Na) “به صورت ویژه” انباشته می شود برای تولید باتری استفاده شود. باتری های سدیم نسبت به باتری های لیتیوم موجود به طور قابل توجهی ارزان تر و معادل یا حتی ظرفیت بیشتری دارند. نتایج مطالعه در مجله Nano Energy منتشر شده است.

دانشکده ها :  اغراق در نقش باتری های یون لیتیوم در زندگی مدرن دشوار است. این باتری ها در همه جا استفاده می شود: در تلفن های همراه ، لپ تاپ ها ، دوربین ها و همچنین در انواع وسایل نقلیه و کشتی های فضایی. باتری های لیتیوم یون در سال ۱۹۹۱ وارد بازار شدند و در سال ۲۰۱۹ ، به مخترعان آنها جایزه نوبل شیمی به دلیل سهم انقلابی در توسعه فناوری اهدا شد. در همان زمان ، لیتیوم یک فلز قلیایی گران قیمت است و ذخایر آن در سطح جهانی محدود است. در حال حاضر ، هیچ جایگزینی موثر از راه دور برای باتری های لیتیوم یون وجود ندارد. با توجه به اینکه لیتیوم یکی از سبک ترین عناصر شیمیایی است ، جایگزینی آن برای ایجاد باتری های بزرگ بسیار دشوار است.

تیم دانشمندان NUST MISIS ، آکادمی علوم روسیه و Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf ، به رهبری پروفسور آرکادی کراشننیکف ، گزینه دیگری را پیشنهاد می دهند. آنها دریافتند که اگر اتمهای داخل نمونه به روشی خاص “انباشته” شوند ، سپس فلزات قلیایی غیر از لیتیوم نیز شدت انرژی بالایی را نشان می دهد. امیدوار کننده ترین جایگزین برای لیتیوم سدیم (Na) است ، زیرا آرایش دو لایه اتمهای سدیم در ساندویچ بیگرافن نشان دهنده ظرفیت آند قابل مقایسه با ظرفیت آند گرافیت معمولی در باتری های لیتیوم یون است – حدود ۳۳۵ میلی آمپر ساعت در ساعت ۳۷۲ میلی آمپر ساعت در ساعت برای لیتیوم. با این حال ، سدیم بسیار رایجتر از لیتیوم است و بنابراین ارزان تر و به راحتی به دست می آید.

یک روش خاص برای قرار دادن اتم ها در واقع قرار دادن آنها یکی بالاتر از دیگری است. این ساختار با انتقال اتم ها از یک قطعه فلز به فضای بین دو ورق گرافن تحت ولتاژ بالا ایجاد می شود که فرآیند شارژ باتری را شبیه سازی می کند. در پایان ، به نظر می رسد یک ساندویچ متشکل از یک لایه کربن ، دو لایه فلز قلیایی و یک لایه دیگر کربن است.

ایلیا چپکاسوف ، محقق آزمایشگاه نانومواد غیر آلی NUST MISIS ، می گوید: “برای مدت طولانی اعتقاد بر این بود که اتم های لیتیوم در باتری ها فقط می توانند در یک لایه قرار بگیرند ، در غیر این صورت سیستم ناپایدار خواهد بود. آزمایشات توسط همکاران آلمانی ما نشان داده است که با انتخاب دقیق روش ها ، ایجاد ساختارهای لیتیوم چند لایه پایدار بین لایه های گرافن امکان پذیر است. این چشم اندازهای گسترده ای برای افزایش ظرفیت چنین ساختارهایی ایجاد می کند. تشکیل ساختارهای چند لایه با سایر فلزات قلیایی ، از جمله سدیم ، با استفاده از شبیه سازی رایانه ای. “

زاخار پوپوف ، محقق ارشد آزمایشگاه نانومواد معدنی و RAS NUST MISIS ، می گوید: “شبیه سازی ما نشان می دهد که اتم های لیتیوم با شدت بیشتری به گرافن متصل می شوند ، اما تعداد لایه های لیتیوم منجر به پایداری کمتری می شود. در مورد سدیم روند مخالف مشاهده می شود – با افزایش تعداد لایه های سدیم ، پایداری چنین ساختارهایی افزایش می یابد ، بنابراین ما امیدواریم که چنین موادی در آزمایش بدست آیند. “

مرحله بعدی تیم تحقیقاتی ایجاد یک نمونه آزمایشی و مطالعه آن در آزمایشگاه است. این کار در موسسه تحقیقات ماکس پلانک ، در اشتوتگارت ، آلمان انجام می شود. در صورت موفقیت ، می تواند به نسل جدیدی از باتری های Na منجر شود که به طور قابل توجهی ارزان تر و معادل یا حتی ظرفیت بیشتری نسبت به باتری های یون لیتیوم دارند.

 

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا