تولید نانوکامپوزیت گرافنی برای بهبود عملکرد باتری‌ها
محققان آزمایشگاه ملی لورنس در برکلی موفق شده‌اند یک کامپوزیت نانومقیاس از ترکیب قلع و گرافن تولید کنند. این کامپوزیت می‌تواند ظرفیت ذخیره انرژی بالایی در باتری‌های یون لیتیم داشته باشد. با کپسوله کردن قلع میان دو ورقه گرافنی، محققان توانستند ماده‌ای سبک بسازند که عملکرد باتری ها را بهبود می‌بخشد.
زانگ، از محققان آزمایشگاه لورنس، می‌گوید شما برای خودرو نیاز به یک باتری سبک دارید که بتواند انرژی زیادی را ذخیره کند و در عین حال خیلی سریع شارژ شود. ما با ارائه یک طراحی جدید موفق شدیم بدون نیاز به افزودنی، عملکرد باتری‌ها را بهبود ببخشیم.
گرافن ورقه‌ای نازک از جنس کربن با ضخامت یک اتم بوده که دارای خواص مکانیکی یا الکترونیکی منحصربه‌فرد است. در این پروژه، محققان به‌صورت متناوب از لایه‌های گرافن و قلع استفاده کردند تا یک کامپوزیت نانومقیاس بسازند. برای تولید این کامپوزیت، ورقه‌هایی از قلع روی گرافن قرار داده شد. سپس لایه دیگری از گرافن روی قلع قرار داده و این کار مکررا ادامه یافت تا کامپوزیت مورد نظر ایجاد شد. در گام آخر این کامپوزیت در دمای 300 درجه سانتیگراد در معرض محیط آرگون و هیدروژن گرم می‌شود. در طول فرآیند عملیات حرارتی، لایه قلع تبدیل به ستون‌هایی می‌شود که منجر به افزایش ارتفاع لایه قلع می‌گردد.
لیون، از محققان این پروژه، می‌گوید تشکیل این نانوستون‌های قلع از لایه‌های اولیه قلع برای این سیستم بسیار مهم است. لایه‌های بالایی و پایینی گرافن با تغییر اندازه لایه‌های قلع، تغییر می‌کنند. این تغییر لایه‌های گرافن در نانوکامپوزیت در طول سیکل الکتروشیمیایی نقش مهمی دارد. در واقع با افزایش حجم قلع، این لایه‌ها تغییر اندازه داده که عملکرد الکترود را بهبود می‌بخشد. علاوه‌براین، این رفتار منجربه افزایش سرعت شارژ باتری شده بدون این که زوالی در آن ایجاد شود. این مسئله در باتری‌های قابل شارژ در خودروها بسیار مهم است.
باتاگلیا، از اعضای دیگر این تیم، می‌گوید ما یک برنامه بزرگ در حوزه باتری‌ها در آزمایشگاه لورنس داریم. ما در حال تعامل با برنامه تحقیقاتی Carbon Cycle 2.0 هستیم.
نتایج این تحقیق در نشریه Energy and Environmental Science به چاپ رسیده است.
محققان آزمایشگاه ملی لورنس در برکلی موفق شده‌اند یک کامپوزیت نانومقیاس از ترکیب قلع و گرافن تولید کنند. این کامپوزیت می‌تواند ظرفیت ذخیره انرژی بالایی در باتری‌های یون لیتیم داشته باشد. با کپسوله کردن قلع میان دو ورقه گرافنی، محققان توانستند ماده‌ای سبک بسازند که عملکرد باتری ها را بهبود می‌بخشد.
گرافن ورقه‌ای نازک از جنس کربن با ضخامت یک اتم بوده که دارای خواص مکانیکی یا الکترونیکی منحصربه‌فرد است. در این پروژه، محققان به‌صورت متناوب از لایه‌های گرافن و قلع استفاده کردند تا یک کامپوزیت نانومقیاس بسازند. برای تولید این کامپوزیت، ورقه‌هایی از قلع روی گرافن قرار داده شد. سپس لایه دیگری از گرافن روی قلع قرار داده و این کار مکررا ادامه یافت تا کامپوزیت مورد نظر ایجاد شد. در گام آخر این کامپوزیت در دمای 300 درجه سانتیگراد در معرض محیط آرگون و هیدروژن گرم می‌شود. در طول فرآیند عملیات حرارتی، لایه قلع تبدیل به ستون‌هایی می‌شود که منجر به افزایش ارتفاع لایه قلع می‌گردد.
لیون، از محققان این پروژه، می‌گوید تشکیل این نانوستون‌های قلع از لایه‌های اولیه قلع برای این سیستم بسیار مهم است. لایه‌های بالایی و پایینی گرافن با تغییر اندازه لایه‌های قلع، تغییر می‌کنند. این تغییر لایه‌های گرافن در نانوکامپوزیت در طول سیکل الکتروشیمیایی نقش مهمی دارد. در واقع با افزایش حجم قلع، این لایه‌ها تغییر اندازه داده که عملکرد الکترود را بهبود می‌بخشد. علاوه‌براین، این رفتار منجربه افزایش سرعت شارژ باتری شده بدون این که زوالی در آن ایجاد شود. این مسئله در باتری‌های قابل شارژ در خودروها بسیار مهم است.
باتاگلیا، از اعضای دیگر این تیم، می‌گوید ما یک برنامه بزرگ در حوزه باتری‌ها در آزمایشگاه لورنس داریم. ما در حال تعامل با برنامه تحقیقاتی Carbon Cycle 2.0 هستیم.
نتایج این تحقیق در نشریه Energy and Environmental Science به چاپ رسیده است.