تحقیقات برق رسانی دانشمندان دانشگاه کلیمسون می تواند منجر به ایجاد باتری های سبک تر و شارژ سریع تر مناسب برای قدرت دادن به یک لباس فضایی، یا حتی یک مریخ نورد شود.
این تحقیق که توسط ناسا تأمین مالی شده بود، به تازگی در مقاله ای با عنوان «آندهای سه بعدی Si با انتشار سریع، ظرفیت بالا، قابلیت نرخ بالا، و عمر چرخه طولانی» گزارش شده است که در مجله انجمن شیمیایی آمریکا مواد کاربردی و رابط ها ظاهر شد. از نویسندگان آن می توان به شایلندرا چیلوال، نوراج ساپکوتا، آپارائو ام رائو و راماکریشنا پودیلا اشاره کرد که همگی بخشی از مؤسسه نانومواد کلیمسون (CNI) هستند.
پودیلا، استادیار گروه فیزیک و ستاره شناسی کالج علوم گفت باتری های جدید انقلابی به زودی می توانند در ماهواره های آمریکا مورد استفاده قرار گیرند.
پودلا گفت: بیشتر ماهواره ها عمدتا قدرت خود را از خورشید دریافت می کنند. "اما ماهواره ها باید بتوانند انرژی را برای زمانی که در سایه زمین هستند ذخیره کنند. ما باید باتری ها را تا حد امکان سبک کنیم، چون هر چه ماهواره بیشتر وزن داشته باشد، هزینه ماموریت آن بیشتر می شود.»
پودیلا گفت که برای درک پیشرفت های گروه، شما می توانید آند گرافیت را در یک باتری لیتیوم یون به عنوان عرشه ای از کارت ها تجسم کنید، جایی که در آن هر کارت نشان دهنده لایه ای از گرافیت است که برای ذخیره شارژ تا زمانی که برق مورد نیاز است استفاده می شود. مشکل ، Podila گفت ، این است که "گرافیت نمی تواند شارژ زیادی ذخیره کنید."
تیم کلیمسون تصمیم گرفتند با سیلیکون کار کنند که می تواند شارژ بیشتری را بسته بندی کند، به این معنی که انرژی بیشتری را می توان در سلول های سبک تر ذخیره کرد. در حالی که دانشمندان مدت هاست که ظرفیت بالای سیلیکون را برای ذخیره الکتریکی ارزش گذاری کرده اند، این ماده در حالی که شارژ و تخلیه می کند، به قطعات کوچکتری از هم می شکند.
راه حل تیم آمد تا با شامل استفاده از ذرات سیلیکون کوچک "نانو اندازه" ، که افزایش ثبات و ارائه عمر چرخه طولانی تر است. باتری های جدید به جای عرشه ای از کارت های ساخته شده از گرافیت، از لایه هایی از یک ماده نانولوله کربنی به نام Buckypaper استفاده می کنند که نانوذرات سیلیکونی در این بین ساندویچ شده اند.
پودلا گفت: با این نوع بسته بندی داخلی، حتی اگر ذرات سیلیکون از هم بپاشند، «هنوز در ساندویچ هستند.»
شایلندرا چیلوال، دانشجوی تحصیلات تکمیلی CNI و اولین نویسنده در این مطالعه می گوید: «ورق های مستقل نانولوله های کربنی نانوذرات سیلیکونی را به صورت الکتریکی با یکدیگر متصل نگه می دارند.»
"این نانولوله ها یک ساختار شبه سه بعدی را تشکیل می دهند، نانوذرات سیلیکونی را حتی پس از ۵۰۰ چرخه در کنار هم نگه می دارند و مقاومت الکتریکی ناشی از شکستن نانوذرات را کاهش می دهند."
استفاده از باتری های ساخته شده از سیلیکون و دیگر نانومواد نه تنها ظرفیت را افزایش می دهد، بلکه اجازه شارژ باتری ها را در جریانی بالاتر نیز می دهد که به زمان های شارژ سریع تر ترجمه می شود. به عنوان هر کسی که تلفن همراه خود را تا کنون در وسط یک تماس تلفنی درگذشت می داند، این یک ویژگی مهم برای فن آوری باتری است.
شارژ سریع تر امکان پذیر است زیرا باتری های جدید نیز از نانولوله ها به عنوان مکانیسم بافر استفاده می کنند که اجازه شارژ با نرخ چهار برابر سریع تر از آنچه در حال حاضر ممکن است را می دهد.
باتری های سبک تری که سریع تر شارژ می شوند و کارایی تا حد زیادی افزایش یافته را ارائه می دهند، نه تنها فضلی برای فضانوردان با پوشیدن کت و شلوار با باتری، بلکه به دانشمندان و مهندسانی خواهند بود که باید فضانوردان را به مقصد خود برسند.
رائو، مدیر CNI و بازپرس اصلی کمک هزینه ناسا می گوید: «سیلیکون به عنوان آند در یک باتری لیتیوم یون نشان دهنده «جام مقدس» برای محققان این زمینه است. رائو همچنین گفت باتری های جدید به زودی به خودروهای الکتریکی راه پیدا خواهند کرد.
پودلا، نویسنده متناظر این مطالعه و یکی از بازپرس های مشترک کمک هزینه ناسا می گوید: «هدف بعدی ما همکاری با شرکای صنعتی برای ترجمه این فناوری مبتنی بر آزمایشگاه به بازار است.» "ما از ناسا و کارولینای جنوبی EPSCoR برای اعطای جایزه برای انجام چنین پروژه هایی که تاثیر قابل توجهی بر ماموریت های فضایی و چشم انداز جهانی انرژی خواهد داشت سپاسگزاریم."
