ساخت الکترودهايي از نانوذرات بدون نياز به افزودن کربن و پليمر

اخيرا روشي براي توليد الکترودهاي سبک و کارا از نانوذرات ارائه شده است، الکترودهايي که عاري از کربن و پليمر بوده و در نتيجه وزن آن کاهش و سرعت حرکت الکترون در آن افزايش يافته است.

دانشمندان آمريکايي روش ساده و کارايي براي توليد فيلمهاي کلوئيدي سبک و عاري از کربن و پليمر ارائه کردند. از اين فيلمهاي کلوئيدي ميتوان براي ساخت الکترودهاي باتري يون ليتيم استفاده کرد تا با آن عملکرد باتريها را بهبود داد. در اين روش نياز به افزودني خاصي نيست که در نهايت منجر به توليد الکترودهايي ميشود که هدايت الکتريکي بالايي دارد. از نتايج اين پژوهش ميتوان براي توليد باتريهاي کارا و سبکتر که از حجم کمتري هم برخوردار است، استفاده شود همچنين از نتايج اين پروژه ميتوان براي ايجاد سيستمهاي الگو جهت مطالعه فيزيک الکترودهاي نانوذرهاي استفاده کرد.

رهبر اين تيم تحقيقاتي ريچارد رابينسون، استاديار رشته علوم و مهندسي مواد دانشگاه کرنل است که با همکاري دان هيونگ ها مقالهاي از نتايج اين پژوهش در نشريه Nano Letters به چاپ رسانده است.

مدتهاست که دانشمندان نانوذرات را بهعنوان مادهاي فعال در آند و کاتد باتريهاي يونليتيم مورد مطالعه قرار ميدهند دليل اين امر تاثير مثبت اين نانوذرات در افزايش خواص الکتروشيميايي آنها است. رابينسون ميگويد براي اين که بتوان از نانوذرات کلوئيدي در الکترودها استفاده کرد بايد آنها را با مواد حاوي کربن ترکيب نمود تا هدايت الکتريکي الکترود افزايش يابد. همچنين بايد اين ترکيبات را با پليمر مخلوط نمود تا چسبندگي ماده نهايي به حد ايدهآل برسد. در صورتي که نانوذرات کلوئيدي را با کربن و پليمر ترکيب کنيد، وزن نهايي محصول افزايش قابل ملاحظهاي مييابد همچنين حرکت الکترون درون اين ساختار با دشواري همراه خواهد بود.

براي حل اين مشکل پژوهشگران اين پروژه از رسوب الکتروفورتيک استفاده کردند تا با اين کار نانوذرات را به سطح الکترود متصل کنند. با اين کار ساختاري رسانا ايجاد ميشود که قادر است حرکت الکترون را تسهيل کند. نتايج اين پژوهش نشان داد که عملکرد باتري نهايي بهبود قابل توجهي داشته است و به درجهاي از کيفيت ميرسد که با روشهاي رايج قابل استحصال نيست. به محض اتصال نانوذرات به سطح الکترود، نانوذرات از پايداري قابل توجهي برخوردار شده و در محلول حل نميشوند. از مزاياي ديگر اين روش آن است که استحکام مکانيکي اين الکترودها بسيار بيشتر از الکترودهاي رايج ميباشد.

اين تيم تحقيقاتي موفق شد تا الکترود لايه نازکي از جنس نانوذرات اکسيد کبالت توليد کند که در آن کربن و پليمر استفاده نشده است. ظرفيت حجمي اين الکترود حتي بعد از 50 مرتبه شارژ و دشارژ هنوز در سطح بالايي قرار دارد.