آناتومی باتری با تقلید از روده

به گزارش روز شنبه گروه علمی ایرنا از پایگاه اینترنتی ساینس الرت، این رویکرد بیولوژیکی آگاهانه می تواند زمینه را برای ابداع منابع پرقدرت تر انرژی به منظور استفاده در دستگاه های دیجیتالی هموار سازد.

نمونه اولیه این باتری - که چگالی انرژی آن پنج برابر باتری های لیتیوم - یونی تلفن های هوشمند و لپ تاپ ها است - از یک پیل لیتیوم-سولفور استفاده می کند و طراحی آن که از روده انسان الهام گرفته شده است، در نهایت طول عمر این باتری را برای مصارف تجاری به اندازه کافی بادوام می سازد.

این تحقیق که به ریاست گروهی از محققان دانشگاه کمبریج در انگلیس انجام شده است، بر یکی از مشکلات عمده باتری های لیتیوم-سولفور یعنی از بین رفتن بسیار سریع این باتری ها نسبت به پیل های لیتیوم - یونی، غلبه می کند.

زمانی که یک باتری لیتیوم - سولفوری تخلیه انرژی می شود، سولفور در کاتد (الکترود مثبت باتری) لیتیوم را از آند (الکترود منفی باتری) جذب می کند.

این تعامل باعث می شود که مولکول های سولفور به ساختارهای زنجیره مانند به نام پلی سولفیدها تغییر یابند.

بعد از این که باتری وارد چرخه های متعدد شارژ و دشارژ شد، این واکنش به تدریج کاتد را تحت فشار قرار می دهد که به تجزیه بیت های پلی سولفید و ورود آنها به الکترولیت باتری منجر می شود که دو الکترود باتری را به هم می چسباند.

زمانی که این اتفاق می افتد، باتری شروع به انحطاط می کند؛ چرا که باتری ماده فعال خود را که انرژی را ذخیره می کند، از دست می دهد.

در بدن انسان روده های کوچک از میلیون ها برآمدگی انگشت مانند کوچک به نام پرز پوشیده شده است. این برآمدگی ها از داخل دیواره های روده بیرون آمده اند و به جذب مواد مغذی در جریان هضم کمک می کنند.

این کار به طرز قابل توجهی با افزایش بالغ بر 30 برابری منطقه سطحی لایه روده انجام می شود.

محققان با استفاده از همین اصل و به عنوان جایگزین پرز، یک ماده نانوساختار سبک وزن ابداع کردند؛ زمانی که پلی سولفیدها تجزیه می شوند، توسط این برآمدگی جذب می شوند و در الکترولیت از بین نمی روند.

این ساختار پرز مانند، لایه ای ساخته شده از سیم های ظریف دی اکسید روی است که سطح الکترودهای باتری را می پوشاند. این سیم ها ماده فعال باتری را زمانی که آزاد می شود، به دام می اندازند و دسترسی الکتروشیمیایی آن را به کاتد و آند باتری حفظ کرده و از انحطاط باتری جلوگیری می کنند.

به گفته محققان، این اولین بار است که یک لایه شیمیایی کاربردی با یک نانو معماری خوب سازمان یافته برای به دام انداختن و استفاده مجدد از مواد فعال محلول در جریان شارژ و دشارژ باتری پیشنهاد شده است.

یافته های این مطالعه در نشریه Advanced Functional Materials منتشر شده است.