دامنه اثرمندی نانو؛

نانوفناوری چگونه ظرفیت ذخیره‌سازی باتری‌ها را ارتقا می‌دهد؟

دامنه اثرمندی نانو به عرصه‌های مختلفی گسترش و در تمامی بخش‌های زندگی نفوذ کرده است، ذخیره‌ساز‌های نانویی بخشی از کاربرد این فناوری به شمار می‌رود.

کد خبر: ۹۴۱۵۸۳

يکشنبه - ۲۳ خرداد ۱۴۰۰ / June 13, 2021

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، یکی از چالش‌های جدی و دغدغه‌آفرین در ساخت تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی، وجود ذخیره‌ساز‌های انرژی است که بتوانند میزان مورد نیاز از انرژی را برای مدتی طولانی حفظ کنند. باتری‌ها یکی از مهم‌ترین ابزار‌های ذخیره‌ساز انرژی به شمار می‌روند.

ساختار باتری‌های کنونی با استفاده از آلیاژ‌ها و عناصر خاصی، کار ذخیره‌سازی را انجام می‌دهد. در فناوری سنتی، باتری‌ها از عنصر لیتیم و مواد فعال با ذراتی که اندازه آن‌ها بین ۵ تا ۲۰ میکرومتر معادل ۵ هزار تا ۲۰ هزار نانومتر معادل بیش از ۱۰۰ برابر مقیاس نانو استفاده می‌شود. فناوری نانو، اما بسیاری از کاستی‌های فناوری کنونی باتری‌ها مانند ابعاد بزرگ و ظرفیت پایین را بهبود می‌بخشد.

محدودیت‌های فناوری کنونی
یکی از چالش‌های جدی فناوری باتری فعلی، توانایی باتری در ذخیره انرژی است که به میزان چگالی ذره‌های باتری بستگی دارد. حداکثر میزان شارژ قابل ذخیره درون باتری و مدت نگهداری آن، یکی از چالش‌هایی است که باید توسط مواد رسانا و الکترولیت موجود در باتری انجام شود.

در حالی که انواع گوناگونی از باتری‌ها در بازار وجود دارد، باتری‌های یون لیتیوم به دلیل برخورداری از قدرت و انرژی بالا، چرخه طولانی و امکان بازگردانی به عنوان فناوری ترجیحی در باتری رایج شده اند. برای بهبود فناوری باتری، توانایی چرخه چگالی انرژی و قدرت باید به حداکثر برسد و گسترش حجم باید به حداقل برسد.

ویژگی‌های نانوفناوری در خدمت ذخیره‌سازی بهتر انرژی
تولید باتری با استفاده از نانوذرات یکی از راهکار‌هایی است که فناوری آن برای بهبود معایب باتری‌های موجود در بازار در حال توسعه است. ساختار باتری‌های نانویی به طور کلی مبتنی بر استفاده از ذراتی دارای ابعاد کمتر از ۱۰۰ نانومتر است.

این باتری‌ها ضمن آن‌که می‌توانند ابعاد نانویی داشته باشند یا از فناوری نانو در ساخت آن‌ها بهره گرفته شده باشد عملکردی فراتر از باتری‌های معمولی ارائه می‌دهند و می‌توانند با معماری و محتوای فناوری موجود در بازار ترکیب شوند تا شکلی تازه‌ای کارآمدی و توانمندی را ارائه بدهندنانوذره‌ها می‌توانند میزان فشار وارد شده بر روی ماده و چرخه ذخیره بر روی باتری کاهش دهند و با توجه به این‌که نانوذرات حجم بسیار کمتری نسبت به نمونه‌های موجود دارند، دچار انبساط کم‌تری می‌شوند.

انبساط کم به کمک نانوذرات، قابلیت استفاده مجدد از باتری را بهبود می‌بخشد و می‌تواند انرژی را برای بازه‌های زمانی طولانی حفظ کند. در فناوری لیتیوم یون، سرعت انتقال انرژی پایین است، اما از طریق فناوری نانو، می‌توان به سرعت بیش‌تری در انتقال انرژی دست یافت. نانوذرات برای انتقال الکترون به مسافت کمتری نیاز دارند که منجر به سرعت انتشار سریعتر و رسانایی بالاتر می‌شود که در نهایت منجر به چگالی توان بیش‌تری خواهد شد.

توسعه فناوری نانوباتری‌ها
همچنین از دیگر مزایای رسوخ نانوفناوری در باتری‌ها، می‌توان افزایش توان موجود در باتری و کاهش زمان مورد نیاز برای شارژ مجدد باتری اشاره کرد. این مزایا با استفاده از پوشاندن سطح الکترود با نانوذرات، افزایش سطح رسانایی و در نتیجه ایجاد امکان عبور جریان بیش‌تر داخل باتری حاصل می‌شود.

اگر از باتری برای مدت طولانی استفاده نشود، می‌توان از نانومواد به عنوان پوششی برای جداسازی الکترود‌ها از مایعات موجود در باتری استفاده کرد. در فن آوری فعلی باتری، مایعات و جامدات با یکدیگر برهم‌کنش می‌کنند و باعث تخلیه سریع انرژی ذخیره شده خواهند شد.

ساخت نانومواد ممکن است دشوار باشد و هزینه آن‌ها را افزایش دهد. گرچه نانومواد ممکن است توانایی باتری را تا حد زیادی بهبود بخشد، اما ممکن است ساخت آن‌ها بسیار مقرون به صرفه باشد. اما در حال حاضر شرکت‌های دانش‌بنیان و فناور داخلی در زمینه تولید باتری‌های نانویی و الکترود‌های مورد استفاده در آن‌ها وارد شده‌اند.

تحقیقات کاربردی در دانشگاه‌ها، مرکز صنعتی سازی فناوری نانو و پژوهشگاه‌ها مسیر تجاری‌سازی ایده‌های نوآورانه و پژوهشی را طی می‌کنند. در همین راستا ستاد توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری نیز از پژوهش‌ها و فناوری‌های موجود در این مسیر حمایت می‌کند.