محققان دانشگاه منچستر با انجام پژوهش‌های گسترده بر روی گرافن دو لایه، موفق به کشف یک مکانیزم جدید در فرآیند ذخیره‌سازی انرژی در باتری‌های لیتیومی شده‌اند. این کشف نوآورانه می‌تواند تحولات چشمگیری را در زمینه فناوری باتری و به تبع آن، صنایع وابسته به آن، به همراه داشته باشد.
به گزارش دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا،، باتری‌های لیتیومی به عنوان یکی از مهم‌ترین منابع انرژی در دنیای مدرن شناخته می‌شوند. این باتری‌ها با استفاده از فرآیند بینش‌گذاری یون‌های لیتیوم در ساختار مواد آندی، انرژی الکتریکی را ذخیره می‌کنند. با این حال، درک کامل مکانیزم‌های دقیق این فرآیند، همواره یکی از چالش‌های اصلی محققان بوده است.
در این پژوهش، دانشمندان دانشگاه منچستر با مطالعه‌ی گرافن دو لایه به عنوان یک آند جایگزین، به یافته‌های مهمی دست یافته‌اند. آن‌ها مشاهده کرده‌اند که یون‌های لیتیوم به جای ورود تصادفی به ساختار گرافن، در مراحل مشخص و سازمان‌یافته‌ای وارد لایه‌های آن می‌شوند. این پدیده که “مرحله‌بندی درون صفحه‌ای” نامیده می‌شود، نشان‌دهنده‌ی تعاملات پیچیده و منظم بین یون‌های لیتیوم و ساختار اتمی گرافن است.
پروفسور ایرینا گریگوریهوا، سرپرست این تیم تحقیقاتی، با تأکید بر اهمیت این کشف، اظهار داشته‌اند: “کشف مرحله‌بندی درون صفحه‌ای، درک ما از فرآیند بینش‌گذاری لیتیوم را به سطحی کاملاً جدید ارتقا می‌دهد. این یافته نشان می‌دهد که تعاملات بین یون‌های لیتیوم و ساختار گرافن بسیار پیچیده‌تر از آنچه پیش‌بینی می‌شد است. با درک عمیق‌تر این مکانیزم، می‌توانیم به طراحی و ساخت باتری‌های لیتیومی با کارایی بالاتر و عمر طولانی‌تر امیدوار باشیم.”
اگرچه گرافن دو لایه به دلیل ساختار منحصر به فرد خود، بینش‌های ارزشمندی را در مورد فرآیند بینش‌گذاری ارائه می‌دهد، اما محدودیت‌هایی نیز دارد. ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی در گرافن دو لایه نسبت به مواد آندی سنتی مانند گرافیت کمتر است. این امر به دلیل تعاملات قوی‌تر بین یون‌های لیتیوم در ساختار گرافن دو لایه و در نتیجه، کاهش فضای قابل دسترس برای یون‌ها است.
با این حال، این تحقیق نشان می‌دهد که با مطالعه‌ی دقیق‌تر ساختارها و مواد مختلف، می‌توان به راهکارهایی برای بهبود ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی در باتری‌های لیتیومی دست یافت. به عنوان مثال، می‌توان با طراحی مواد آندی جدید با ساختارهای بهینه شده، امکان ورود تعداد بیشتری یون لیتیوم را فراهم کرد. کشف مکانیزم جدید در فرآیند بینش‌گذاری لیتیوم، گامی مهم در جهت توسعه‌ی باتری‌های لیتیومی با عملکرد بهتر و عمر طولانی‌تر است. این دستاورد می‌تواند تحولات چشمگیری را در صنایع مختلف از جمله خودروهای برقی، دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی ایجاد کند.
source