تحقیقات، باتری کم‌هزینه‌تر و با عمر طولانی‌تر را تبلیغ می‌کند
تحقیقات جدید مهندسی مواد به رهبری دانشگاه وسترن می‌تواند به مزایای قابل توجهی در دنیای واقعی مانند برد بیشتر برای وسایل نقلیه الکتریکی و عمر باتری طولانی‌تر برای تلفن‌های همراه منجر شود.
محققانی از دانشگاه وسترن، دانشکده شیمی دانشگاه وسترن و دانشگاه سوچومرکز تحقیقات تابش سینکروترون دانشگاه وسترن، با مرکز کانادایی نور (CLS) در دانشگاه ساسکاچوان در دو مطالعه همکاری کردند تا مشخص کنند که آیا می‌توانند قدرت فسفورن را مهار کنند و در عین حال دو عامل بازدارنده اصلی آن، هزینه و دوام را کاهش دهند و آنها این کار را انجام داده‌اند.
ظرفیت نظری فسفورن یک ماده دو بعدی که از یک لایه فسفر سیاه تشکیل شده است تقریباً هفت برابر مواد آندی است که در حال حاضر در باتری‌های لیتیوم یونی استفاده می‌شوند.
در حال حاضر، فسفر سیاه موجود در بازار گران است، تقریباً ۱۰۰۰ دلار در هر گرم و همچنین در معرض هوا به سرعت تجزیه می‌شود.
در مقاله اول، تیم تحقیقاتی از یک فرآیند جدید برای تولید فسفر سیاه کم‌هزینه از فسفر قرمز ارزان (تقریباً ۰.۱۰ دلار در هر گرم) با خلوص پایین استفاده کردند که هزینه را تقریباً ۳۰۰ درصد کاهش داد.
فسفر سیاه حاصل تقریباً همان خلوص و خواص الکترونیکی را داشت که با استفاده از روش‌های سنتی و فسفر قرمز با خلوص بالا، که حدود ۴۰ دلار در هر گرم ارزش دارد، ساخته شده است.
به گفته ویهان لی، محقق ارشد از دانشگاه وسترن، کاهش شدید هزینه تولید فسفر سیاه به این معنی است که نتایج آنها قابل مقیاس‌پذیری است.
لی، دانشجوی فوق دکترا که به طور مشترک توسط استاد شیمی تی کی شم، رئیس تحقیقات کانادا در زمینه مواد و تابش سینکروترون و استاد مهندسی شولیانگ (اندی) سان، رئیس تحقیقات کانادا در زمینه توسعه نانومواد برای انرژی پاک، نظارت می‌شود، گفت: «قیمت پایین، تحقق کاربرد گسترده فسفر سیاه و فسفرن در آینده را در زمینه‌های مرتبط با انرژی و الکترونیک، مانند نانوفوتونیک، نانوالکترونیک، اپتوالکترونیک، باتری‌های ثانویه و الکتروکاتالیست‌ها امکان‌پذیر می‌کند.»
با مطالعه دوم، محققان می‌خواستند در مقیاس نانو و در زمان واقعی، درک بهتری از محل شروع تخریب (اکسیداسیون) فسفرن و نحوه گسترش آن داشته باشند.
در حالی که تحقیقات قبلی نشان داده بود که تخریب واقعاً رخ می‌دهد، این مطالعه اولین مطالعه‌ای بود که این فرآیند را به وضوح و با جزئیات به تصویر کشید.
این تیم از تعدادی از تکنیک‌های مختلف سینکروترون در CLS برای جمع‌آوری این تصاویر استفاده کرد.
محققان دریافتند که فسفرن ابتدا در نازک‌ترین نواحی شروع به تجزیه می‌کند و نواحی تخریب‌شده، تجزیه نواحی مجاور را تسریع می‌کنند.
به گفته لی، کشف آنها راه را برای توسعه استراتژی‌هایی برای محافظت از فسفرن هنگام استفاده در الکترونیک و سایر دستگاه‌ها هموار می‌کند.
لی گفت: «این امر امکان تهیه دستگاه‌های الکترونیکی مبتنی بر فسفرن پایدار در هوا و دستگاه‌های مرتبط با انرژی را فراهم می‌کند.»
سان از CLS به خاطر ایفای نقش حیاتی در هر دو مطالعه قدردانی می‌کند.
سان گفت: «در مقایسه با سایر منابع در جهان، پشتیبانی کاربر از CLS فوق‌العاده است و همچنین بدون کمک CLS، ما نمی‌توانستیم چندین تکنیک سینکروترون مختلف را در این دو کار ترکیب کنیم.
علاوه بر این، انجام مطالعات درجا بدون کمک دانشمندان خط پرتو امکان‌پذیر نبود.»
لینک مفید:باتری‌های لیتیومی به لطف نانوکانال‌ها سریع‌تر شارژ می‌شوند
بیشتر بدانید:محققان از راز درون باتری‌های لیتیوم-اکسیژن پرده برداشتند
بیشتر بخوانید:باتری روی بدون آند که روزی می‌تواند انرژی تجدیدپذیر را ذخیره کند
تاریخ:1404/6/18
مهسا نعمتی
