پوشش گرافنی کاتدها عمر باتری لیتیوم یون را افزایش می‌دهد و وابستگی به کبالت را کاهش می‌دهد
به گزارش تاشکن، پژوهشگران موسسه فناوری کالیفرنیا روشی برای پوشش‌دهی کاتد‌های باتری لیتیوم یون با گرافن توسعه داده‌اند که عمر و کارکرد این باتری‌ها را به طور قابل توجه‌ی بهبود می‌بخشد. این پیشرفت علمی امکان کاهش وابستگی به کبالت را فراهم می‌آورد، عنصری که در باتری‌های لیتیوم یون رایج است اما تامین پایدار آن چالش‌برانگیز می‌باشد.
دیوید بوید، دانشمند ارشد تحقیقاتی این پروژه، در دهه گذشته بر روی راهکار‌های تولید گرافن تمرکز داشته است. در سال ۲۰۱۵، او و همکارانش موفق شدند گرافن با کیفیت بالا را در دمای اتاق سنتز کنند، در حالی که پیش از آن این فرآیند نیازمند دما‌های بسیار بالا تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد بود. پس از این دستاورد، تیم تحقیقاتی به جستجوی کاربرد‌های نوین برای گرافن پرداخت. اخیرا بوید با ویل وست، متخصص الک‌تروشیمی و فناوری‌های باتری پیشرفته از آزمایشگاه پیشرو جت پروپالشن لابراتوری (JPL) دانشگاه کالیفرنیا، همکاری آغاز کرده‌اند. این دو محقق بررسی کردند که آیا گرافن می‌تواند پایه‌ای برای باتری‌های لیتیوم یون بهبودیافته باشد و نتایج مثبت حاصل شد.
بوید در این باره بیان کرد مهندسان تسلا باتری مقرون‌به‌صرفه‌ای می‌خواهند که بتواند سریع شارژ شود و برای زمان طولانی‌تری کار کند. وست نیز افزود هرچه تعداد دفعات شارژ باتری در طول عمر مفید آن بیش‌تر باشد، نیاز به استخراج باتری‌های جدید کمتر می‌شود. این موضوع از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا باتری‌های لیتیوم یون از منابع محدود استخراج می‌شوند و دفع ایمن و موثر آن‌ها چالش بزرگی محسوب می‌شود.
یکی از مشکلات اصلی در باتری‌های لیتیوم یون، انحلال فلزات واسطه از مواد کاتدی است که به ویژه در کاتد‌های با محتوای منگنز بالا شدت می‌یابد، اگرچه در کاتد‌های غنی از کبالت کمتر رخ می‌دهد. بوید توضیح داد در نتیجه عکس‌العمل‌های جانبی ناخواسته در طول چرخه شارژ و دشارژ، فلزات واسطه به تدریج از کاتد جدا شده و به آند منتقل می‌شوند، آنجا گیر کرده و کارکرد آند را کاهش می‌دهند. این پدیده که انحلال فلز واسطه (TMD) نامیده می‌شود، دلیلی بر ترجیح دادن کاتد‌های گران‌قیمت حاوی کبالت بر کاتد‌های ارزان‌تر با محتوای منگنز بالا است.
چالش دیگر، وابستگی باتری‌های لیتیوم یون به فلزات گران، کمیاب و از نظر اخلاقی مسئله‌دار است. بخش قابل توجه‌ی از عرضه جهانی کبالت در جمهوری دموکراتیک کنگو استخراج می‌شود، که در آن معدن‌کاران از جمله کودکان در شرایط سخت و خطرناک به کار مشغولند. جستجوی راهکار‌هایی برای ارتقای کارکرد باتری در هم‌زمان با کاهش یا حذف استخراج کبالت، پاسخگوی این چالش‌هاست.
مهندسان پیش از این می‌دانستند که پوشش‌های کربنی بر روی کاتد می‌تواند فرآیند TMD را کند یا متوقف سازد، اما توسعه روشی کارآمد برای اعمال این پوشش‌ها دشوار بود. در این پژوهش، محققان گرافن را مستقیما بر روی ماده کاتد ترسیب کردند که نتایج واعدی را به همراه داشته است.