قلب تلفن‌های همراه و تبلت‌ها با دستاورد دانشمندان ایرانی قدرتمند می‌شود

محققان دانشگاه میشیگان با همکاری دانشمندان ایرانی موفق شدند گام تازهی را در عرصه فناوری باتری‌های لیتیوم-یون بردارند.

 

به گزارش «ایسنا»، باتری‌های لیتیوم یون، قلب انرژی‌بخش تقریبا تمامی فناوری‌ها از گوشی‌های همراه و تبلت‌ها گرفته تا وسایل نقلیه الکتریکی می باشند، زیرا سبک، ماندگار و قدرتمند بوده و با این حال، این باتری‌ها کامل نیستند. به نقل از رضا شهبازیان، دانشیار مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی میشیگان، شاید بتوان با یک بار گوشی هوشمند را هفت یا هشت ساعت شارژ کرد و همچنین یک خودرو «نیسان لیف» بتواند در هر بار بیش از ۱۰۰ مایل سفر کند، اما برای واردشدن این فناوری به بازار انبوه، این اتومبیل باید بتواند تا ۳۰۰ مایل را طی کند و این امر با افزایش قدرت این سیستم امکان‌پذیر است.

به منظور ارتقای قدرت باتری‌های لیتیوم-یون، دانشمندان در حال آزمایش مواد و طرح‌های مختلفی می باشند، اما عملیات مهم در این راستا در سطح اتمی صورت می‌گیرد و هنوز مشخص نشده که دقیقا در چنین سطحی چه رخ می‌دهد. هم‌اکنون شهبازیان و تیم علمی‌اش شامل هستی آسایش اردکانی، فرزاد مشایخ و دیگر محققان، ابزاری را طراحی کرده‌اند که به دانشمندان امکان ملاحظه یون‌های منفرد لیتیوم و طراحی نسل تازهی از باتری‌ها را می‌دهد. باتری‌ها ساختار بسیار ساده‌ای دارند که شامل آند، کاتد و الکترولیت، که بین دو الکترود قرار گرفته، ‏است.

در باتری‌های لیتیومی، یون لیتیوم بین دو الکترود آند و کاتد در حرکت است. جنس آند این ‏باتری‌ها از گرافیت است و با شارژ و ‏تخلیه‌شدن باتری، الکترود به آرامی از بین می‌رود؛ بنابراین پس از مدتی ‏استفاده از باتری، ظرفیت آن کاهش می‌یابد. در صورت حل چنین مشکلی، دوام باتری‌ها افزایش قابل‌توجهی را تجربه خواهد کرد. دانشمندان حاضر در این مطالعه با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری اصلاح‌شده (AC-STEM) اتم‌های سبک و ساختار الکترودها را ملاحظه کردند. به منظور تعیین این موضوع که چگونه الکترود میزبان باتری زمانی که یون‌های لیتیوم وارد آن می‌شود، تغییر می‌کند، تیم علمی با استفاده از ماده الکترودی تازه به نام اکسید قلع (SnO2) یک نانوباتری تازه را در داخل میکروسکوپ مزبور ایجاد و سپس شارژ کردن آن را ملاحظه کردند. شهبازیان و تیمش بر تغییرات اکسید قلع در مرز حرکت لیتیوم-یون در داخل الکترود نظارت کردند و توانستند چگونگی ورود یون‌های منفرد لیتیوم به الکترود را ملاحظه کنند. آنها دریافتند یون‌های لیتیوم در طول کانال‌های خاص به هنگام جاری‌شدن به داخل بلورهای اکسید قلع (به جای پیاده‌روی تصادفی به داخل اتم‌های میزبان) حرکت کردند. بر اساس این داده‌ها، محققان توانستند زنجیره یون‌هایی که روی الکترودها قرار می‌گیرند و در نتیجه، فشار وارده به الکترود را محاسبه کنند. این کشف در طراحی‌ باتری‌های کارآمدتر به محققان کمک می‌کند. موفقیت تازه نوید مهمی را به حوزه‌های صنعتی و فناوری علاقه‌مند به استفاده از توانایی تفکیک‌پذیری اتمی وارد می‌کند.