کار کردن مجدد باتری های جدید بعد از خنک شدن

به گزارش کلیک، این فناوری جدید، از نوعی آتش‌سوزی که به تازگی خیلی شایع شده است، جلوگیری کرده و از ممنوعیت استفاده از طیف گسترده‌ای از باتری‌ها، از کامپیوترها گرفته تا هاوربوردها، ممانعت می‌نماید.
محققین دانشگاه استنفورد، از ذرات نانو بسیار ریز نیکل پوشیده شده با گرافن، برای ساخت یک باتری لیتیوم-یونی، با قابلیت خاموش شدن در حرارت بالا استفاده کرده‌اند. این باتری‌ها پس از خنک شدن بلافاصله دوباره شروع به کار می‌کنند (۱µ =۱ میکرومتر).
محققین استنفورد، اولین باتری لیتیوم-یونی را که پیش از گرمای بیش‌ازحد، خاموش می‌شوند و پس از خنک شدن بلافاصله شروع به کار می‌نمایند، ساخته‌اند.
فنّاوری نوین می‌تواند از وقوع برخی آتش‌سوزی‌ها که اخیراً خیلی شایع شده‌اند، جلوگیری نماید. به‌علاوه از ممنوعیت استفاده از دسته بزرگی از دستگاه‌هایی که با این باتری‌ها کار می‌کنند، از صندلی‌های ماساژ و کامپیوترها گرفته تا سیستم‌های راه‌یابی و هاوربوردها، جلوگیری می‌کند.
یکی از کارشناسان در همین زمینه اظهار داشت: "مردم روش‌های گوناگونی را برای حل معضل شعله‌ور شدن ناگهانی باتری‌های لیتیوم-یونی، امتحان کرده‌اند. ما برای اولین بار، نوعی باتری طراحی کرده‌ایم که توانایی خاموش شدن و احیا شدن مجدد، در چرخه داغ و سرد شدن بدون به خطر انداختن میزان عملکرد را دارا است.

باتری‌های لیتیوم-یونی مرسوم از ۲ الکترود و یک ژل الکترولیت که ذرات شارژ شده را بین الکترودها به حرکت درمی‌آورد، تشکیل شده‌اند. سوراخ کردن، کوتاه کردن، یا بیش‌ازحد شارژ کردن باتری، حرارت ایجاد می‌کند. اگر درجه حرارت به حدود ۳۰۰ درجه فارنهایت (۱۵۰ درجه سیلیسیوس) برسد، ممکن است الکترولیت آتش گرفته و موجب انفجار شود.
روش‌های گوناگونی برای ممانعت از آتش‌سوزی باتری‌ها، مورداستفاده قرارگرفته‌اند. از قبیل، افزودن پیش‌گیرنده شعله، به الکترولیت. در سال ۲۰۱۴، مهندس استنفورد، Yi Cui یک باتری هوشمند، ابداع کرد که پیش از گرم شدن بیش‌ازحد، هشدارهای زیادی می‌داد.
نویسنده همکار در مطالعات، پروفسور وابسته به علوم و مهندسی مواد و علم فوتون، Cui، گفت: "متأسفانه، این روش‌ها برگشت‌ناپذیرند، بنابراین بعد از این‌که باتری بیش‌ازحد داغ شود، دیگر قابل‌استفاده نیست. به‌وضوح، علی‌رغم تلاش‌های فراوانی که تاکنون انجام شده، موضوع ایمنی باتری همچنین به قوت خود باقی است و مسئله مهمی به شمار می‌آید و نیازمند روش‌های جدید است."

نانو اسپایک‌ها
برای حل این مشکل، Cui، Bao و یک دانشجوی دوره پس از دکتری به نام Zheng Chen، به فن‌آوری نانو روی آوردند. اخیراً، Bao، یک حس‌گر پوشیدنی ابداع کرده است که می‌تواند حرارت بدن را زیر نظر داشته باشد. این حس‌گر از نوعی پلاستیک ساخته شده است که پر از ذرات ریزی از نیکل، به صورت سوزن‌های بسیار ریزی در ابعاد نانو، است که از سطح آن بیرون زده است.
محققان، برای آزمایش بر روی باتری، ذرات باریک نیکل را با گرافن پوشاندند که لایه‌ای به ضخامت یک اتم از کربن است و بعد آن‌ها را با لایه نازکی از پلی‌اتیلن قابل ارتجاع، پوشش دادند.

نویسنده ارشد مطالعات در همین زمینه گفت: "ما این فیلم پلی‌اتیلن را به یکی از الکترودهای باتری متصل کردیم و جریان الکتریکی از آن عبور کرد. برای هدایت الکتریسیته، ذرات باریک باید به‌طور فیزیکی با یکدیگر در تماس باشند؛ اما طی روند افزایش دما، پلی‌اتیلن، کشیده می‌شود. این باعث جدا شدن ذرات از یکدیگر می‌گردد و لایه فیلم دیگر هادی الکتریسیته نخواهد بود و آن را به باتری منتقل نمی‌کند."

وقتی‌که محققان باتری را بیش از ۱۶۰ درجه فارنهایت (۷۰ درجه سانتی‌گراد) حرارت دادند، فیلم پلی‌اتیلن به سرعت مثل یک بادکنک، کش آمد و این اتفاق منجر به جدا شدن سوزن‌های باریک شد و باتری خاموش گشت؛ اما زمانی که حرارت دوباره پایین‌تر از ۱۶۰ درجه فارنهایت (۷۰ درجه سانتی‌گراد) آمد، پلی‌اتیلن جمع شد و اتصال ذرات برقرار گردید و باتری دوباره شروع به تولید الکتریسیته نمود.
پروفسور افتخاری، در رشته مهندسی و علم مواد در شیمی، Bao، گفت: "حتی می‌توانیم درجه حرارت را بالاتر یا پایین‌تر از این هم ببریم، بسته به این‌که از چه تعداد از این ذرات سوزنی استفاده نماییم و چه نوع پلیمری را انتخاب کنیم. برای مثال، باید باتری را طوری تنظیم کنیم که در ۵۰ درجه سانتی‌گراد یا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد، خاموش شود.

استراتژی برگشت‌پذیر
محققان برای این‌که ثبات ماده جدید را آزمایش کنند، مکرراً باتری را با استفاده از تفنگ هوای داغ، تحت حرارت قرار دادند. هر بار با گرم شدن بسیار زیاد، باتری از کار افتاد و به سرعت، پس از خنک شدن، کار خود را از نو آغاز کرد.
به گفته Cui در مقایسه با روش‌های پیشین، طرح ما، راه‌کار قابل‌اعتماد، سریع و برگشت‌پذیری را فراهم آورده است که قادر است به عملکرد بالای باتری و درعین‌حال بالا بردن ایمنی، دست پیدا کند. این راه‌کار، وعده استفاده عملی از دستگاه‌های دارای باتری را می‌دهد.

منبع:technews