دیوید بوید، دانشمند تحقیقاتی ارشد این پروژه، در دهه قبل برای گسترش راه حلهایی برای تشکیل گرافن کار کرده است. در سال ۲۰۱۵، بوید و همکارانش کشف کردند که گرافن با کیفیت بالا را می‌توان در دمای اتاق تشکیل کرد. پیش از این، تشکیل گرافن به دمای زیاد بالا، تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد نیاز داشت. بعد از این پیشرفت، آن‌ها به جستوجو کاربردهای تازه برای گرافن بودند. به تازگی، بوید با ویل وست، از آزمایشگاه پیش‌رانش جت دانشگاه کالیفرنیا همکاری کرده است. وست در الکتروشیمی و به اختصاصی در گسترش فناوری‌های باتری بهبود یافته تخصص دارد. بوید و وست تصمیم گرفتند ببینند که آیا گرافن می‌تواند باتری لیتیوم یونی بهبودیافته‌ای تشکیل کند، که در نهایت  نشان دادند که این امکان وجود دارد.

امکان پیشرفت در فناوری باتری لیتیوم یون هم چنان وجود دارد. برای مثال، بوید او گفت: «مهندسان تسلا باتری مقرون‌به‌صرفه‌ای می‌خواهند که بتواند سریع شارژ شود و برای زمان زمان طویل‌تری کار کند.»

وست افزود: «هرچه تعداد دفعات بیشتری بتوانید باتری را در طول عمرش شارژ کنید، باتری‌های کمتری باید منفعت گیری کنید. این کار مهم است چون باتری‌های لیتیوم یونی از منبع های محدودی منفعت گیری می‌کنند و دفع باتری‌های لیتیوم یون به طور ایمن و موثر زیاد مهم و چالش برانگیز است. »

یکی از ویژگی‌های مهم باتری‌های لیتیوم یون نحوه کارکرد آن‌ها بعد از چرخه‌های متعدد شارژ و دشارژ است. یک مشکل رایج انحلال فلزات واسطه از مواد کاتدی است که به اختصاصی در مواد کاتدی با محتوای منگنز بالا شدید است، اگرچه برای مواد کاتدی با محتوای کبالت بالا کمتر است.

بوید گفت: «در نتیجه عکس العمل‌های جانبی ناخواسته‌ای که در طول منفعت گیری از باتری رخ می‌دهد، فلزات واسطه در کاتد کم کم به آند منتقل خواهد شد، جایی که در انجا گیر می‌کنند و کارکرد آند را افت خواهند داد. این انحلال فلز واسطه (TMD) دلیلی برای منفعت گیری از کاتدهای گران قیمت کبالت دار به جای کاتدهای ارزان قیمت با محتوای منگنز بالا است.

چالش دیگر برای باتری‌های لیتیوم یون این است که آن‌ها به فلزاتی گران، کمیاب و قضیه ساز وابسته می باشند. مقدار قابل توجهی از اراعه جهانی کبالت، در جمهوری دموکراتیک کنگو انجام می‌شود و زیاد تر آن توسط معدنچیان استخراج می‌شود. کارگران از جمله کودکان، دچار کارهای فیزیکی خطرناک و سخت در این معادن می باشند.

جست‌وجوی راه‌هایی برای افزایش کارکرد باتری و در عین حال افت یا حذف منفعت گیری از کبالت به مقابله با این مشکلات پشتیبانی می‌کند.

مهندسان قبلاً می‌دانستند که پوشش‌های کربنی روی کاتد باتری‌های لیتیوم یونی می‌تواند TMD را کند یا متوقف کند، اما گسترش روشی برای اعمال این پوشش‌ها دشوار می بود. در این پروژه محققان گرافن را مستقیم روی ماده کاتد قرار دادند.

انتهای مطلب/