طراحی کاتالیزوری برای نسل جدید باتری‌های لیتیومی با نانو ذرات

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، محققان ایرانی موسسه فناوری ایلینوی با همکاری محققانی از دانشگاه پنسیلوانیا، دانشگاه ایلینوی و آزمایشگاه ملی آرگون با استفاده از نانوذرات فسفید تری‌مولیبدن اقدام به توسعه نسل جدیدی از باتری‌ها کردند که عملکرد بهتری نسبت به باتری‌های لیتیوم یون رایج دارد.

 

یکی از گلوگاه‌های پیاده‌سازی گسترده فناوری‌های انرژی پایدار، سیستم‌های ذخیره‌سازی کارآمد انرژی هستند و باتری‌های لیتیوم یون (LIBs) گزینه اصلی برای دستگاه‌های الکترونیکی امروزی بوده و از ابزار‌های مصرفی گرفته تا وسایل پزشکی، وسایل نقلیه الکتریکی و حتی ماهواره‌ها به این باتری‌ها وابسته هستند.

باتری‌های لیتیوم یون به‌طور کلی، دارای ظرفیت انرژی ۱۰۰ تا ۲۰۰ وات بر کیلوگرم هستند و این امکان را برای بیشتر خودرو‌های الکتریکی فراهم می‌کنند تا با یک شارژ ۳۰۰ تا ۴۰۰ کیلومتر حرکت کنند.

علی‌رغم دانسیته انرژی بالای باتری‌های لیتیوم یون، در مقایسه با انواع دیگر باتری‌ها، دانسیته انرژی آن‌ها هنوز صد برابر کمتر از بنزین است. این بدان معناست که موتور‌های بنزینی دارای بازده حرارتی بالاتری بوده و باعث می‌شوند بازدهی سوخت بالاتر از ۶-۷ L / ۱۰۰ km باشد.

برای جایگزینی این فناوری، محققان در حال بررسی باتری‌های لیتیوم هوا (LABs) هستند. متأسفانه، باتری‌های لیتیوم هوا امروزه اشکالات جدی دارند، آن‌ها بسیاری از انرژی تزریق شده را به‌عنوان گرما هدر می‌دهند و به نسبت سریع تخریب می‌شوند و فقط چند دوره شارژ نگه می‌دارند.

این فناوری به‌طور گسترده توسط گروه‌های تحقیقاتی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. کاتالیزور‌های فلزی زیادی مانند پلاتین، طلا و روتنیوم و همچنین کاتالیزور‌های غیرفلزی مانند اکسید‌های فلزات انتقالی، دی کلکوژنید‌های فلزات گذار و کاتالیزور‌های مبتنی بر کربن برای حل این مسئله استفاده شده‌است. با این حال، تاکنون هیچ پیشرفت بزرگی گزارش نشده است.

در این راستا تیم تحقیقاتی علیرضا کندوری در موسسه فناوری ایلینوی با همکاری محققان دانشگاه پنسیلوانیا، دانشگاه ایلینوی و آزمایشگاه ملی آرگون در تلاش برای یافتن یک کاتالیزور بسیار فعال، یک نمونه آزمایشگاهی از کاتالیزوری تولید کردند که از نانوذرات Mo ۳ P بسیار فعال با ظرفیت‌های بالای شارژ ۸۰ و ۲۷۰ میلی‌ولت سود می‌برد. این تیم از نانوذرات Mo ۳ P (فسفید تری‌مولیبدن) به‌عنوان ماده کاتدی و همچنین یک الکترولیت مایع مهندسی شده متشکل از مواد افزودنی واسطه ردوکس استفاده کردند.

باتری حاصل، در شرایط هوای محیط با راندمان بالای انرژی ۹۰٫۲ درصد در چرخه اول، تراکم انرژی ۰۰۱۵۰۰ Wh / kg (حدود ۸ برابر بهتر از باتری‌های لیتیوم یون پیشرفته) و طولانی مدت کار می‌کند. این باتری با۱۲۰۰ چرخه شارژ / دشارژ از دوام بالایی برخوردار است.

بر اساس اعلام ستاد نانو، نتایج این کار نشان می‌دهد که نانوذرات Mo ۳ P به دلیل ساختار منحصر به فرد خود، یک گزینه امیدوارکننده کاتالیزوری است. این فناوری تراکم زیادی از سایت‌های فعال مولیبدن را با خواص الکترونیکی خاص فراهم می‌کند که به بهبود علمکرد باتری منجر می‌شود.