پژوهشگران چینی با استفاده از نانولوله‌های کربنی تقویت شده با نیتروژن، طول عمر باتری سولفور لیتیم را شش برابر افزایش دادند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، گوگرد یکی از ترکیبات جانبی در فرآیندهای پتروشیمی است. این ماده در کنار لیتیم می‌تواند منجر به تولید باتری‌های سولفور لیتیم شود. این باتری‌ها دارای دانسیته انرژی نظری 2600 وات بر کیلوگرم هستند که این میزان 3 تا 5 برابر بیشتر از باتری‌های یون لیتیم است. با این حال موانعی بر سر مسیر تجاری‌سازی این باتری‌ها وجود دارد.

یکی از این مشکلات استفاده از این باتری‌ها، کاهش سریع ظرفیت باتری‌های سولفور لیتیم است که عمده‌ترین دلیل آن تشکیل ماده واسطی به نام پلی‌سولفید است. این ماده قطبی و قابل حل در الکترولیت آلی باتری است که در حین دشارژ، در الکترولیت حل شده و از کاتد به آند نفوذ می‌کند. با این کار ظرفیت باتری کاهش می‌یابد.

کیانگ ژانگ از محققان دانشگاه سینگوها می‌گوید: «در حین دشارژ شدن، گوگرد از حالت اولیه خارج شده و با عبور از حد واسط پلی‌سولفید، در نهایت به سولفید لیتیم تبدیل می‌شود. گوگرد غیرقطبی است و تمایل زیادی به کربن دارد در حالی که پلی‌سولفیدها قطبی هستند و برهمکنش اندکی میان آن‌ها و کربن وجود دارد. این جدا شدن گوگرد از کربن موجب کاهش ظرفیت باتری می‌شود. بنابراین باید به دنبال ماده‌ای بود که علاوه بر سولفید لیتیم، بتواند به پلی‌ سولفید قطبی و گوگرد غیرقطبی نیز متصل شود.»

این گروه تحقیقاتی از نانولوله‌های کربنی تقویت شده با نیتروژن برای ساخت کاتد گوگردی استفاده کردند. اتم‌های نیتروژن به دلیل الکترونگاتیویته بالا می‌توانند به نانولوله کربنی متصل شوند.

محققان این پروژه برای بررسی چگونگی تأثیر نانولوله‌های تقویت شده بر رفتار باتری سولفور لیتیم، از تئوری عاملی دانسیته (DFT) استفاده کرده و مدل‌های مختلفی را که در آن کربن خالص و کربن تقویت شده با نیتروژن وجود داشت، ارائه کردند. نتایج نشان داد که نانولوله کربنی تقویت شده با نیتروژن برهمکنش قوی‌تری با پلی‌سولفیدها و سولفید لیتیم دارد.

این گروه تحقیقاتی در قدم بعد، اقدام به ساخت باتری با نانولوله کربنی تقویت شده کردند تا نتیجه مدل‌سازی خود را بررسی کنند. نتایج بدست آمده دقیقاً با پیش‌بینی‌های نظری مطابقت داشت. این آزمایش‌ها نشان داد که چرخه عمر باتری جدید 6 برابر بیشتر از باتری‌های دارای الکترود کربنی است.

یافته‌های این پروژه اهمیت برهمکنش میان کربن موجود در الکترود و گوگرد را نشان می‌دهد.

انتهای پیام