آیا نانورشته‌های کربنی می‌توانند در باتری‌ها استفاده شوند؟

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، پژوهشی درباره استفاده از خمش و تنش نانورشته‌های کربنی برای ذخیره انرژی در باتری‌ها انجام شده است که نشان می‌دهد دانسیته انرژی (به‌صورت نظری) در این ساختار‌ها سه برابر بیشتر از باتری‌های یون لیتیم رایج است.

مطالعات نظری و محاسباتی نشان می‌دهد که نانورشته‌های کربنی الماس مانند، با ذخیره انرژی در یک سیستم مکانیکی پرفشار، می‌توانند گزینه مناسبی برای استفاده در باتری‌ها باشند. تیم تحقیقاتی این پروژه می‌گوید که ادوات حاوی نانورشته می‌تواند دستگاه الکترونیکی را تغذیه کرده و به کاربران کمک کند تا به سوی منابع انرژی تجدیدپذیر حرکت کنند.

باتری‌های الکتروشیمیایی، دستگاه‌های سنتی ذخیره انرژی هستند که موجب افزایش مصرف برق نیز می‌شوند. با وجود قرن‌ها پیشرفت فناوری و استفاده تقریبا همه‌گیر این فناوری، باتری‌ها به همان مشکل ناکارامدی و خطراتی مبتلا هستند که واکنش‌های شیمیایی به آن مبتلا هستند. در واقع این باتری‌ها در سرما به سختی کار کرده و در گرما خطر انفجار داشته و همچنین ریسک نشت مواد شیمیایی خطرناک همیشه در کمین باتری‌ها است.

روش دیگر ذخیره انرژی، استفاده از کرنش مواد برای ذخیره و بازگشت به حالت غیرکرنش برای رهایش انرژی است. بیش از یک دهه است که محققان موسسه فناوری ماساچوست روی استفاده از نانولوله‌های کربنی برای ذخیره انرژی کار می‌کنند.

به تازگی یک مطالعه نظری در دانشگاه صنعتی کوئینزلند استرالیا و موسسه آاستار نشان می‌دهد که ممکن است نانورشته‌های کربنی از نانولوله‌های کربنی عملکرد بهتری در ذخیره انرژی داشته باشند.

ژانگ از محققان این پروژه می‌گوید: «ما انتظار داشتیم که قابلیت ذخیره انرژی مکانیکی در نانورشته‌های کربنی خوب باشد، اما نتایج نشان داد که دانسیته انرژی فراتر از چیزی است که ما پیش‌بینی می‌کردیم به طوری که دانسیته انرژی تا سه برابر بیش از باتری‌های یون لیتیم است.»

وی می‌افزاید: «خواص مکانیکی عالی نانورشته‌های کربنی باعث می‌شود که آن‌ها واحد‌های سازنده خوبی برای ذخیره‌سازی انرژی باشند و بتوان از آن‌ها در سامانه‌ها و میکروادوات استفاده کرد.»

این گروه با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی برای مقایسه بیشینه انرژی ذخیره شده در زیر تنش، پیچ‌خوردگی و خمش در نوعی از انبوه‌های نانولوله‌کربنی و دو نوع پیکربندی نانورشته، استفاده کردند. مقایسه این دو نوع ساختار نشان داد که هر یک مزایای خاص خود را برای ذخیره‌سازی انرژی دارند، اما نانورشته‌های کربنی گزینه مطلوب‌تری هستند.