نیم نگاه نانولوله‌های کربنی به صنعت باتری؛ جایگاه باتری لیتیم یون متزلزل می‌شود

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، باتری‌های لیتیوم-یونی مدت‌ها به عنوان قهرمانان انرژی قابل‌حمل شناخته شده‌اند و با قابلیت ذخیره بالای انرژی، صنعت خودرو‌های الکتریکی را به پیش رانده‌اند. با این حال، جست‌و‌جو برای جایگزین‌هایی که هم کارآمدتر و هم سازگارتر با محیط زیست باشند، توجهات را به سمت نانولوله‌های کربنی جلب کرده است، ماده‌ای که نه تنها از فولاد قوی‌تر است، بلکه ظرفیت ذخیره انرژی فراتر از باتری‌های لیتیوم-یونی را نیز نوید می‌دهد.

نتایج یک مطالعه جدید که در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است، نشان می‌دهد که پیچ‌خوردگی‌های نانولوله‌های کربنی تک‌جداره می‌توانند انرژی را در سطحی ۱۵۰۰۰ برابر بیشتر از فنر‌های فولادی و سه برابر بیشتر از لیتیوم در هر واحد جرم ذخیره کنند. این کشف گامی بزرگ در فناوری ذخیره انرژی محسوب می‌شود، به‌ویژه برای کاربرد‌هایی که وزن و استحکام از اهمیت بالایی برخوردارند.

سنجیو کومار اوججاین، یکی از نویسندگان مقاله مربوط به این پروژه از دانشگاه مریلند، در این‌باره می‌گوید: «انسان‌ها مدت‌هاست که انرژی را در فنر‌های مکانیکی برای تأمین نیروی دستگاه‌هایی مانند ساعت‌ها و اسباب‌بازی‌ها ذخیره می‌کنند. این پژوهش نشان می‌دهد که نانولوله‌های کربنی پیچ‌خورده پتانسیل بالایی برای ذخیره مکانیکی انرژی دارند.»

نانولوله‌های کربنی به‌نسبت روش تولید ساده‌ای دارند و ۱۰۰ برابر قوی‌تر از فولاد هستند. در این مطالعه، محققان نخ‌هایی را از مواد تجاری موجود ایجاد کرده و آنها را به شکل طناب درآورده و برای افزایش استحکام و انعطاف‌پذیری پوشش دادند. این نانولوله‌ها در دما‌های شدید نیز مقاوم هستند و در بازه -۶۰ تا ۱۰۰ درجه سلسیوس عملکرد مناسبی دارند، درحالی‌که باتری‌های لیتیوم-یونی در چنین شرایطی ممکن است کارایی خود را از دست بدهند.

کاربرد‌های بالقوه نانولوله‌های کربنی فراتر از استفاده در باتری‌های رایج است. این مواد می‌توانند تحولی در دستگاه‌های پزشکی، از جمله ایمپلنت‌ها و تجهیزات پوشیدنی ایجاد کنند، زیرا امکان ذخیره و استفاده از انرژی مکانیکی بدن را دارند و شاید دیگر نیازی به شارژ خارجی نداشته باشند.

در حوزه تولید نانولوله‌های کربنی، شرکت Carbon Corps دستگاهی به نام Carbon Capture Genesis Device توسعه داده است که می‌تواند CO ۲ را به نانومواد کربنی ارزشمند مانند نانولوله‌های کربنی و نانواونیون‌ها تبدیل کند. این فناوری نه تنها راه‌حلی برای ذخیره انرژی ارائه می‌دهد، بلکه با جذب CO ۲ به دغدغه‌های زیست‌محیطی نیز می‌پردازد. روش این شرکت شامل یک واکنش الکترولیتی در نمک‌های مذاب است که CO ۲ را به محصولاتی با ارزش بالا مانند نانولوله‌های کربنی چندجداره و نانواونیون‌ها تبدیل می‌کند.

در حالی که نانولوله‌های کربنی پتانسیل بالایی دارند، هنوز آماده جایگزینی کامل باتری‌های لیتیوم-یونی، به‌ویژه در دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی مانند گوشی‌های هوشمند نیستند. این فناوری همچنان در مراحل تحقیقاتی قرار دارد و تلاش‌ها برای افزایش مقیاس تولید و یکپارچه‌سازی در دستگاه‌های کاربردی ادامه دارد. با این حال، در کاربرد‌های خاص، به‌ویژه در شرایط محیطی سخت یا متغیر، نانولوله‌های کربنی می‌توانند عملکرد بهتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی ارائه دهند.

توسعه فناوری نانولوله‌های کربنی می‌تواند باتری‌های لیتیوم-یونی را در برخی کاربرد‌های خاص از میدان خارج کند.