گرافن مشکل آتش‌سوزی در باتری‌ها را حل می‌کند.
باتری‌های لیتیوم یون باتری‌هایی هستند که به خودروهای الکتریکی این امکان را می دهند تا با یک بار شارژ، صدها مایل را طی می‌کنند. این باتری‌ها تمایل به آتش گرفتنشان بالاست و در این راستا محققان دانشگاه ایلینویز به سرپرستی آقای رضا شهبازیان ذرات کاتد را با لایه‌ی گرافن اکساید کاهش یافته(rGO) پوشاندند و مانع از خروج اکسیژن شدند.
محققان دانشگاه ایلینویز شیکاگو گزارش دادند که گرافن ماده‌ی اعجاب آور قرن 21 می تواند اکسیژن را در آتش گیری باتری‌های لیتیوم یون حذف کند. دلایل آتش گرفتن باتری‌های لیتیوم یون می‌تواند شارژ و دشارژ سریع و بالا رفتن دمای باتری باشد. این شرایط می تواند باعث شود که کاتد درون باتری ( در مورد اکثر باتری‌های لیتیوم یون یک اکسید حاوی لیتیوم که معمولا اکسید لیتیوم-کبالت(LCO) است) تجزیه شده و اکسیژن آزاد کند. اگر این اکسیژن با سایر محصولات قابل اشتعال که از تجزیه الکترولیت در اثر گرمای به اندازه کافی زیاد به دست می آیند ترکیب شود، امکان احتراق ناگهانی وجود خواهد داشت.
رضا شهبازیان یسار نویسنده مسئول این مقاله می گوید:
“ما معتقدیم که اگر راهی برای جلوگیری از خروج اکسیژن از کاتد و ترکیب شدن آن با سایر محصولات اشتعال‌زا در باتری وجود داشته باشد، خواهیم توانست احتمال آتش سوزی را کاهش دهیم.”
گرافن که یک لایه ی فوق العاده نازک از اتم های کربن با خواص منحصر به فرد است، می‌تواند راه حل بسیار مناسبی برای جلوگیری از آتش سوزی باتری‌هی لیتیوم یون باشد شهبازیان و همکارانش پیش از این از گرافن برای کمک به بهبود فرآیند انباشتگی لیتیوم روی الکترودهای باتری‌های لیتیوم فلزی بهره گرفته بودند.
ورقه های گرافن نمی تواند اکسیژن را از خود عبور دهند و علاوه بر آن گرافن مقاوم و انعطاف پذیر است و می تواند به صورت رسانای الکتریکی تهیه شود. اگر ذرات بسیار ریز ماده کاتدی اکسید لیتیوم-کبالت با گرافن پوشش داده شود، این کار ممکن است بتواند از خروج اکسیژن جلوگیری کند.
در ابتدا این محققان برای ایجاد خاصیت رسانایی الکتریکی در گرافن در آن تغییرات شیمیایی اعمال کردند و سپس آن‌ها ذرات بسیار ریز ماده کاتدی اکسید لیتیوم-کبالت را با گرافن رسانا پوشش دادند. در ادامه آن‌ها ذرات پوشش داده شده را با استفاده از یک ماده‌ی چسبنده(binder) برای ساخت یک کاتد قابل استفاده به هم متصل کردند و کاتد ساخته شده را در یک باتری لیتیوم فلزی قرار دادند. هنگامی که مقدار اکسیژن آزاد شده در حین شارژ و دشارژ باتری اندازه‌گیری شد، تقریبا هیچگونه خروج اکسیژن از کاتد حتی در ولتاژهای بسیار بالا مشاهده نگردید.
این کاتد تنها حدود 14 درصد ظرفیتش را بعد از شارژ و دشارژ سریع از دست داد در حالی که در مقایسه با باتری‌های لیتیوم فلزی رایج، حدود 45 درصد از راندمانشان را تحت همان شرایط از دست می‌دهند.
گرافن ماده‌ای ایده‌آل برای جلوگیری از رهایش اکسیژن به درون الکترولیت است. لایه‌ی گرافنی اکسیژن را عبور نمی دهد، رسانای الکتریکی خوب برای انتقال الکترون است و برای تحمل شرایط درون باتری به اندازه کافی مقاوم می‌باشد. ضخامت این لایه فقط در حد چند نانومتر است و بنابراین باعث افزایش وزن در باتری نخواهد شد. همچنین گرافن در باتری‌های توان بالا نیز قابل استفاده است و می‌توان به عنوان آند بسیار مناسب برای باتری‌های لیتیوم یون مورد استفاده قرار گیرد.
منبع:www.sciencedaily.com
