نانوحباب‌ها؛ کلید پیشرفت در باتری، هیدروژن سبز و فناوری آب
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، باتری‌های لیتیوم-یون، پیل‌های سوختی هیدروژنی و سیستم‌های تصفیه آب، ستون فقرات فناوری پاک امروزی را تشکیل می‌دهند، اما عملکرد آنها هنوز به دلیل محدودیت‌های پوشش‌های لایه نازک، محدود است.
این لایه‌های نازک که برای تولید توان، دوام و کارایی ضروری هستند، اغلب از ساختار ناهموار، تخلخل ضعیف و ناکارآمدی تولید رنج می‌برند.
یک پیشرفت جدید نویدبخش مقابله با این محدودیت‌ها بدون بازنویسی شیمی است و روشی هوشمندانه‌تر برای استخراج بیشتر از همان مواد ارائه می‌دهد.
شرکت مولیر، یک شرکت آمریکایی مستقر در هاثورن، کالیفرنیا، و یکی از رهبران جهانی در فناوری نانوحباب‌ها، از یک دستاورد در حوزه فیلم نازک رونمایی کرده است که در انتظار ثبت اختراع است و می‌تواند به طور قابل توجهی کارایی باتری‌های لیتیوم-یون، پیل‌های سوختی PEM، سیستم‌های هیدروژن سبز و غشا‌های تصفیه آب را افزایش دهد.
اگرچه این فناوری دستاورد‌های عملکردی بسیار تأثیرگذاری ارائه می‌دهد، اما بدون محدودیت نیست، به‌ویژه در زمینه قابلیت تولید و افزایش مقیاس.
این نوآوری، نانوحباب‌ها را مستقیماً در فرآیند ساخت لایه نازک ادغام می‌کند و تخلخل، پراکندگی مخلوط و یکپارچگی ساختاری را بهبود می‌بخشد.
نانوحباب‌ها بازی را تغییر می‌دهند
این فیلم‌ها اجزای حیاتی در سیستم‌های انرژی و آب هستند و در سیستم‌های متعددی از جمله غشا‌های اولترافیلتراسیون، لایه‌های کاتالیزور در الکترولیز‌های هیدروژن و باتری‌های خودرو‌های الکتریکی کاربرد دارند.
این روش جدید و غیرتهاجمی، میلیارد‌ها نانوحباب را در طول تولید به پوشش‌های مایع وارد می‌کند.
این حباب‌ها توزیع اندازه منافذ را بهینه می‌کنند، جوهر‌ها را تثبیت می‌کنند و یکنواختی لایه را بهبود می‌بخشند و فیلم‌هایی با تخلخل و اندازه ذرات ثابت و قابل کنترل تولید می‌کنند.
اثرات آن در بخش‌های مختلف ملموس است.
غشا‌های اولترافیلتراسیون به دلیل تخلخل سطحی و مقطعی بالاتر، بدون به خطر انداختن کیفیت آب یا یکپارچگی ساختاری، تا ۶۶ درصد افزایش نفوذپذیری آب را نشان دادند.
این امر می‌تواند به طور قابل توجهی ردپای انرژی سیستم‌های تصفیه آب صنعتی و شهری را کاهش دهد.
در پیل‌های سوختی PEM، روش مبتنی بر نانوحباب، توان خروجی را از همان سطح فعال تا ۲۰ ٪ افزایش داد و امکان ساخت سیستم‌های فشرده‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر را برای وسایل نقلیه و کاربرد‌های قابل حمل فراهم کرد.
تولید هیدروژن از طریق الکترولیز‌های آب PEM شاهد بهبود ۱۷ درصدی در چگالی جریان در ولتاژ‌های عملیاتی بود. این به معنای کاهش مصرف برق به ازای هر کیلوگرم هیدروژن است که نقطه عطفی مهم برای اقتصادی بودن هیدروژن سبز محسوب می‌شود.
فناوری پاک‌تر، خروجی قوی‌تر
در مورد باتری‌های لیتیوم -یونی، لایه‌های نازک بهبود یافته امکان شارژ سریع‌تر، حفظ ظرفیت بهبود یافته و عملکرد بهتر در نرخ‌های C بالا را فراهم می‌کنند، مزایایی که از طول عمر بیشتر باتری و عملکرد بهتر در شرایط سخت پشتیبانی می‌کنند.
نیک داینر، مدیرعامل مولیر، گفت: «لایه‌های نازک برای فناوری‌های انرژی پاک و آب اساسی هستند، اما روش‌های تولید سنتی میزان عملکردی را که می‌توانیم از آنها به دست آوریم، محدود می‌کنند.» «فرآیند مبتنی بر نانوحباب ما این محدودیت‌ها را برطرف می‌کند، بدون تغییر فرمول‌ها یا فرآیندها، و دستاورد‌هایی در قدرت، کارایی و پایداری ارائه می‌دهد.»
این فرآیند به طور مستقل اعتبارسنجی و بررسی شده است و نشان می‌دهد که نانوحباب‌ها را می‌توان با دقت به خطوط تولید موجود وارد کرد.
این رویکرد نیازی به بازنگری اساسی در فرآیند ندارد و پذیرش آن را برای تولیدکنندگان ساده می‌کند.
دکتر محمد عبدالرحمن، مهندس ارشد تحقیق و توسعه در شرکت مولیر، گفت: «نانوحباب‌ها مانند داربست‌های نامرئی عمل می‌کنند. آنها نحوه خودسازماندهی مواد را در طول ساخت بهبود می‌بخشند و منجر به تولید فیلم‌های با عملکرد بالاتر، ضایعات و نقص‌های کمتر می‌شوند.»
با افزایش تقاضا برای فناوری‌های انرژی پاک و آب، این نوآوری یک راه‌حل مقیاس‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه ارائه می‌دهد. مولیر قصد دارد این فناوری را از طریق مشارکت با شرکت‌های پیشرو در زمینه غشا و انرژی تجاری‌سازی کند.