طراحی باتری‌های کارآمد آینده با دستاورد دانشمندان ایرانی
رضا شهبازیان یسار، دانشیار مهندسی مکانیک دانشگاه فنی میشیگان گفت: شاید بتوانید با یکبار شارژ برای هفت تا هشت ساعت یا حتی یک روز از آیفون خود استفاده کنید اما این میزان برای همه کافی نیست. یک خودروی کاملا برقی مانند خودروی لیف نیسان می‌تواند 160 کیلومتر را با یکبار شارژ طی کند که برای ورود به بازار انبوه باید بتواند تا 480 کیلومتر براند. ما به دنبال افزایش قدرت این سیستمها هستیم.
دانشمندان برای دستیابی به قدرت بیشتر در باتری های لیتیوم یونی در حال کار بر روی مواد و طرحهای مختلف هستند. اما مهمترین کار در یک باتری در سطح اتمی رخ می‌دهد که هنوز به طور واقعی امکان مشاهده اتفاقات در چنین مقیاسی برای دانشمندان امکان‌پذیر نشده است.
اکنون یسار و همکارانش دستگاهی ساخته‌اند که به استراق‌سمع یونهای لیتیوم و به طور بالقوه ساخت نسل بعدی باتریها کمک خواهد کرد.
باتریها بسیار ساده هستند؛ آنها از سه جزء آند، کاتد و الکترولیت که بین دو جزء ابتدایی قرار گرفته، برخوردارند. در باتری های لیتیومی، یون های لیتیوم با کم شدن شارژ باتری و شارژ شدن مجدد آن، بین آند و کاتد به جلو و عقب حرکت می‌کند.
آند باتری های لیتیوم یونی معمولی از گرافیت ساخته شده اما دانشمندان در حال بررسی مواد دیگر برای دستیابی به دوام بیشتر هستند.
یسار گفت: با حرکت لیتیوم به یک الکترود، به ماده تنش وارد شده که منجر به خرابی آن خواهد شد. از این جهت است که بسیاری از این مواد ممکن است بتوانند مقادیر زیادی از لیتیوم را در خود نگهدارند اما به سرعت خراب می‌شوند.
وی افزود: اگر بتوانیم این تغییرات را در الکترود میزبان به ویژه در مراحل اولیه شارژ مشاهده کنیم، می‌توانیم به سازوکارهایی برای حل مشکل دست یابیم.
10 سال پیش مشاهده عناصر نور مانند لیتیوم و هیدروژن در سطح اتمی امکان‌پذیر نبود؛ اما اکنون می‌توان اتمهای نور را با یک میکروسکوپ الکترونی AC-STEM مشاهده کرد. تیم یسار توانسته‌اند با استفاده از میکروسکوپ دانشگاه ایلینویز که در آن به عنوان دانشیار مهمان حضور داشته، این کار را انجام دهند.
این محققان برای تعیین چگونگی تغییرات الکترود میزبان در زمان ورود یون های لیتیوم به درون آن، با استفاده از یک ماده الکترود جدید موسوم به اکسید قلع یک نانوباتری در میکروسکوپ AC-STEM ساختند.
یون های لیتیوم در زمان جریان در بلورهای اکسید قلع به جای ورود تصادفی در اتمهای میزبان در کانالهای خاص حرکت می‌کنند. بر اساس این داده‌ها، محققان توانستند کششی را که یونها بر الکترودها وارد کرده بودند، محاسبه کنند.
به گزارش ایسنا،محققان ایرانی دیگری مانند هستی آسایش اردکانی، فارغ‌التحصیل مهندسی مکانیک دانشگاه میشیگان و فرزاد مشایخی از دانشگاه ایلینویز نیز شهبازیان یسار را در این پژوهش همکاری کرده اند.
