ساخت باتری سدیم یون با عملکرد بی نظیر
محققان استراتژی جدیدی برای افزایش عمر چرخه ای باتری های سدیم یونی با استفاده از سولفید مس به عنوان ماده الکترودی ارائه کرده اند.این استراتژی منجر به انجام واکنش های تبادلی(conversion) با بازدهی بالا درون باتری می شود و انتظار می رود تجاری سازی آن ها به عنوان جایگزین باتری های لیتیوم یونی را تسهیل نماید.
گروه تحقیقاتی پروفسور جونگ مین یوک نشان داد سولفید مس بدون اینکه تخریب شود می تواند اتم های سدیم را در خود ذخیره کند و لذا به عنوان یک ماده‌ی الکترودی برتر، مقاوم به تخریب شدن است و ظرفیت خود را بعد از کارکرد بازیابی می کند. یافته های این گروه پیشنهاد می کند که در صورت استفاده از سولفید مس، باتری های سدیم یونی با یک بار شارژ شدن در هر روز می توانند عمری بیشتر از پنج سال داشته باشند. از آن بهتر، سولفید مس از مواد غنی طبیعی همچون مس و گوگرد تشکیل شده است که از نظر هزینه رقابت کنندگی بهتری از باتری های لیتیوم یونی که از عناصر لیتیوم و کبالت استفاده می کنند دارد.
مواد از نوع اینترکالیشن همچون گرافیت که به عنوان آند تجاری در باتری های لیتیوم یونی استفاده می شوند، به دلیل فاصله ی بین لایه ای نامناسب برای ذخیره ی سدیم با ظرفیت زیاد مناسب نبوده اند. بنابراین موادی با واکنش های تبادلی و آلیاژی شدن برای تامین ظرفیت زیاد در قسمت آند شناسایی شده اند. با این حال، مواد ذکر شده دچار انبساط حجمی بزرگ و تغییرات کریستالوگرافیکی ناگهانی می شوند که منجر به کاهش شدید ظرفیت آن ها می گردد و این پدیده در باتریهای سدیم یون نسبت به باتریهای لیتیوم یون شدیدتر است چرا که سدیم نسبت به لیتیوم ابعاد بزرگتری دارد.
این گروه نشان دادند که فصل مشترک‌های فازی نیمه منسجم، نقشی کلیدی در واکنش های تبادلی به منظور فعالسازی مقاومت ماده در برابر تخریب ایفا می کنند و علاوه بر آن این گروه نشان دادند که نواحی کریستالی ریز (grain boundaries) در بازیابی ظرفیت بسیار پر اهمیت هستند. اکثر موادی که دارای واکنش های تبادلی و آلیاژی شدن هستند معمولا کاهش ظرفیت شدیدی را به دلیل ساختارهای کریستالی کاملا متفاوت و انبساط حجمی شدید ایجاد شده در قبل و بعد از این واکنش ها تجربه می کنند.
سولفید مس تحت تاثیر یک تغییر کریستالوگرافیکی تدریجی به منظور ایجاد فصل مشترک نیمه منسجم قرار می گیرد که متعاقبا از تخریب و پودر شدن ذرات سولفید مس جلوگیری می کند. بر اساس این مکانیسم منحصر به فرد، این گروه نشان داد که سولفید مس صرف نظر از سایز ذرات و و مورفولوژی آن ها، ظرفیت زیاد و پایداری چرخه ای بالایی را ارائه می دهد.
باتری های سدیم یون که در آن‌ها از سولفید مس استفاده می شود می توانند عملکرد فوق‌العاده‌ای را از خود به نمایش می‌گذارند که این می تواند به توسعه ی سیستم های ذخیره انرژی ارزان قیمت کمک کند چرا که فلز سدیم نسبت به فلز لیتیوم ارزان‌تر است و در طبیعت نیز فراوان‌تر یافت می‌شود.
منبع خبر: www.sciencedaily.com
مترجم: محسن کریم پور
ویراستار: حسین جعفری پور
