fr.chemi3t
11-27-2012, 01:37 PM
مهندسان در موسسه پلی‌تکنیک رنسلار از نازک‌ترین ماده در جهان (گرافن) یک صفحه کاغذی ساخته‌اند و سپس این کاغذ را جهت ایجاد تعداد بیشماری ترک، خلل و فرج و دیگر نقص‌ها در آن در معرض یک لیزر یا فلش دوربین قرار دادند. نتیجه یک آند گرافنی است که 10 برابر سریع‌تر از آندهای گرافیتی مرسومِ استفاده‌شده در باتری‌های یون لیتیوم امروزی، شارژ و تخلیه می‌شود.
فناوری باتری یون لیتیوم کاربرد گسترده‌ای دارد، اما چگالی توان محدود و عدم توانایی برای شارژ یا تخلیه سریع مقادیر بزرگی از انرژی، دو چالش بزرگ این فناوری هستند. گروه تحقیقاتی رنسلار به رهبری نیخیل کوراتکار در تلاش است که این مشکل را حل کرده و باتری جدیدی بسازد که بتواند نه تنها مقادیر بزرگی از انرژی را ذخیره کند بلکه این انرژی را سریعاً جذب و آزاد کند.
http://pnu-club.com/imported/2012/11/977.jpg
تصویر SEM از سطح مقطع گرافن احیاشده بطور گرمایی- نوری که یک ساختار منبسط شده را نشان می‌دهد.
این محققان با تحقیق روی گرافن بعنوان یک جایگزین احتمالی برای گرافیت استفاده شده بعنوان آند در باتری‌های یون لیتیوم امروزی شروع کردند. در مطالعه‌های قبلی، باتری‌های یون لیتیوم با آندهای گرافیتی چگالی انرژی خوبی نشان دادند، اما چگالی توان کمی داشتند، و این بدین معنی بود که آنها نمی‌توانند سریعا شارژ یا تخلیه شوند. این شارژ و تخلیه شدن آهسته به این دلیل بود که یون‌های لیتیوم می‌توانستند فقط بطور فیزیکی از گوشه‌ها به آند گرافیتی باتری وارد یا خارج شوند و به آهستگی راه خود را در طول لایه‌های منفرد گرافن پیدا کنند.
راه حل این گروه تحقیقاتی استفاده از تکنیک معروفی برای ایجاد صفحه بزرگی از کاغذ اکسید گرافن بود. این کاغذ ضخامتی در حد ضخامت قطعه‌ای از کاغذ چاپگر معمولی دارد و می‌تواند تقریباً در هر اندازه و شکلی ساخته شود.
این گروه بعضی از کاغذ‌های اکسید گرافن را در معرض لیزر و نمونه‌های دیگری از آنها را در معرض فلش ساده‌ای از یک دوربین دیجیتال، قرار داد. در هر دو مورد، گرما از لیزر یا فلش نوری سبب مینی‌انفجارهایی در سرتاسر این کاغذ شده و در نتیجه اتم‌های اکسیژن در اکسید گرافن به شدت از این ساختار بیرون انداخته شدند. این بیرون‌اندازی اکسیژن باعث ایجاد صفحه‌های گرافنی شد که دارای ترک‌ها، خلل و فرج و دیگر نقص‌های بیشماری بودند.
این محققان متوجه شدند که این کاغذ گرافنی اصلاح‌شده بعنوان یک آند برای یک باتری یون لیتیوم بطور قابل‌توجهی خوب عمل می‌کند. در این حالت یون‌ها ترک‌ها و خلل و فرج را بعنوان مسیر کوتاه برای حرکت سریع بداخل یا خارج گرافن استفاده می‌کنند و این چگالی توان کلی این باتری را به شدت افزایش می‌دهد. این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ACS Nano منتشر کرده‌اند.
فناوری باتری یون لیتیوم کاربرد گسترده‌ای دارد، اما چگالی توان محدود و عدم توانایی برای شارژ یا تخلیه سریع مقادیر بزرگی از انرژی، دو چالش بزرگ این فناوری هستند. گروه تحقیقاتی رنسلار به رهبری نیخیل کوراتکار در تلاش است که این مشکل را حل کرده و باتری جدیدی بسازد که بتواند نه تنها مقادیر بزرگی از انرژی را ذخیره کند بلکه این انرژی را سریعاً جذب و آزاد کند.
http://pnu-club.com/imported/2012/11/977.jpg
تصویر SEM از سطح مقطع گرافن احیاشده بطور گرمایی- نوری که یک ساختار منبسط شده را نشان می‌دهد.
این محققان با تحقیق روی گرافن بعنوان یک جایگزین احتمالی برای گرافیت استفاده شده بعنوان آند در باتری‌های یون لیتیوم امروزی شروع کردند. در مطالعه‌های قبلی، باتری‌های یون لیتیوم با آندهای گرافیتی چگالی انرژی خوبی نشان دادند، اما چگالی توان کمی داشتند، و این بدین معنی بود که آنها نمی‌توانند سریعا شارژ یا تخلیه شوند. این شارژ و تخلیه شدن آهسته به این دلیل بود که یون‌های لیتیوم می‌توانستند فقط بطور فیزیکی از گوشه‌ها به آند گرافیتی باتری وارد یا خارج شوند و به آهستگی راه خود را در طول لایه‌های منفرد گرافن پیدا کنند.
راه حل این گروه تحقیقاتی استفاده از تکنیک معروفی برای ایجاد صفحه بزرگی از کاغذ اکسید گرافن بود. این کاغذ ضخامتی در حد ضخامت قطعه‌ای از کاغذ چاپگر معمولی دارد و می‌تواند تقریباً در هر اندازه و شکلی ساخته شود.
این گروه بعضی از کاغذ‌های اکسید گرافن را در معرض لیزر و نمونه‌های دیگری از آنها را در معرض فلش ساده‌ای از یک دوربین دیجیتال، قرار داد. در هر دو مورد، گرما از لیزر یا فلش نوری سبب مینی‌انفجارهایی در سرتاسر این کاغذ شده و در نتیجه اتم‌های اکسیژن در اکسید گرافن به شدت از این ساختار بیرون انداخته شدند. این بیرون‌اندازی اکسیژن باعث ایجاد صفحه‌های گرافنی شد که دارای ترک‌ها، خلل و فرج و دیگر نقص‌های بیشماری بودند.
این محققان متوجه شدند که این کاغذ گرافنی اصلاح‌شده بعنوان یک آند برای یک باتری یون لیتیوم بطور قابل‌توجهی خوب عمل می‌کند. در این حالت یون‌ها ترک‌ها و خلل و فرج را بعنوان مسیر کوتاه برای حرکت سریع بداخل یا خارج گرافن استفاده می‌کنند و این چگالی توان کلی این باتری را به شدت افزایش می‌دهد. این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ACS Nano منتشر کرده‌اند.