توسعه نانوباتری‌های انعطاف‌پذیر توسط محققان ایرانیِ دانشگاه تهران

محققان دانشگاه تهران صفحات آندی انعطاف‌پذیر نانوساختاری را توسعه دادند که می‌توان از آن در تولید باتری‌های انعطاف‌پذیر در تجهیزات الکترونیکی چون صفحات نمایش، پوشیدنی‌های الکترونیکی و تلفن‌های همراه بهره برد.

به گزارش اسپیدان به نقل از ایسنا، در سال‌های اخیر تجهیزات الکترونیکی سبک، قابل ‌حمل و انعطاف‌پذیر طرفداران بسیاری بین کاربران این تجهیزات پیدا کرده است. یکی از اجزای جدایی‌ ناپذیر این تجهیزات، باتری‌ها هستند که به‌ عنوان عامل اصلی افزایش وزن ادوات الکترونیکی محسوب می‌شوند.
کاهش وزن باتری‌ها می‌تواند موجب کارایی بالاتر وسایل الکترونیکی قابل‌حمل ‌شود که در این راستا محققان دانشگاه تهران صفحات آندی انعطاف پذیری را توسعه دادند تا از آن در تولید باتری‌های انعطاف پذیر استفاده کنند.
مهندس امین ابنوی از محققان این طرح با بیان اینکه الکترود باتری‌های تجاری معمولا از ترکیب مواد فعال و غیرفعالی تشکیل شده‌اند که بر روی بسترهای فلزی پوشیده می‌شوند و گفت: سطح اتصال کم و چسبندگی ضعیف بین مواد فعال و بستر فلزی، استفاده از این الکترودها را در باتری‌های انعطاف‌پذیر محدود می‌کند.
وی هدف از انجام این طرح را سنتز یک صفحه‌ آندی نانوکامپوزیتی نازک و انعطاف‌پذیر برای تولید باتری‌هایی با ظرفیت ذخیره‌ انرژی بالا دانست به ‌نحوی‌که بتوان عیوب مذکور را برطرف کرد.
این محقق اضافه کرد: در مقایسه با همه‌ آندهای گزارش شده با ساختار مشابه، این الکترود بسیار نازک‌تر و سبک‌تر است ضمن آنکه این الکترود بیشترین ظرفیت بر واحد سطح حجم را بین ساختارها ارائه می‌دهد. همچنین آند ساخته شده ظرفیت ویژه بیش از سه برابر ظرفیت تئوری آندهای گرافیتی معمول در باتری‌های صنعتی را دارد.

ابنوی، با تاکید بر اینکه در این تحقیق ساختار هسته پوسته‌ نانوسیم‌های اکسید قلع و سیلیکون آمورف روی ورقه‌ای از جنس نانولوله‌های کربنی سنتز شدند و به ‌عنوان آند باتری لیتیوم یون انعطاف‌پذیر مورد استفاده قرار گرفتند، خاطر نشان کرد: استفاده از ساختارهای توده‌ای اکسید قلع و یا سیلیکون آمورف به دلیل عدم تحمل تغییر حجم ناشی از دوره‌های شارژ/ تخلیه باتری و در نتیجه ترک خوردن آن، در باتری‌های صنعتی به کار نمی‌روند. تحقیقات نشان داده‌اند که استفاده از ابعاد نانومتری این ساختار می‌تواند به حل این مشکل کمک کند.
این محقق با اشاره به نحوه اجرای این طرح یادآور شد: در این پژوهش ابتدا به ‌وسیله‌ سیستم فیلتراسیون خلأ ورقه‌ای نازک از جنس نانولوله‌های کربنی ساخته شد. سپس نانوسیم‌هایی از جنس اکسید قلع با قطر تقریبی ۴۰ تا ۱۲۰ نانومتر به روش بخار- مایع جامد و با کمک کاتالیست طلا روی این ورقه‌ها سنتز شدند.
وی اظهار کرد: به‌ منظور بهبود پایداری این الکترود در چرخه‌های متوالی شارژ/تخلیه، لایه‌ای نازک با ضخامت ۱۰ تا ۵۰ نانومتر از جنس سیلیکون آمورف به ‌وسیله‌ روش RF-PECVD اطراف نانوسیم‌های قلع لایه نشانی شد.
ابنوی ضخامت صفحات آندی سنتز شده را ۳۰ میکرون ذکر کرد و گفت: این آندها از ظرفیت اولیه‌ شارژ/ تخلیه‌ای بالغ ‌بر ۱۰۱۸٫۲۴۶۰ میلی‌آمپر ساعت بر گرم برخوردارند.
بر اساس اعلام ستاد نانو، این تحقیقات از سوی امین ابنوی و مجتبی ساداتی از دانشجویان مقطع کارشناسی ارشد مهندسی برق دانشگاه تهران، دکتر زینب سنایی عضو هیأت علمی دانشگاه تهران، دکتر شهناز قاسمی محقق پسا دکتری انستیتو آب و انرژی دانشگاه صنعتی شریف و همکارانشان اجرایی و نتایج آن در مجله Nanotechnology با ضریب تأثیر ۳٫۵۷۳ منتشر شد.