باتری هیبریدی سدیم یون با قدرت شارژ بالا ساخته شد

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از تارنمای techxplore،‌ به تازگی توجه زیادی به سوی سدیم (Na)، که بیش از ۵۰۰ برابر فراوان‌تر از لیتیوم (Li) است، معطوف شده که این به دلیل ساخت باتری سدیمی که در چند ثانیه شارژ می‌شود که به دلیل ظرفیت بالای سدیم برای استفاده در فناوری باتری‌های یون سدیم است. با این حال، باتری‌های یون سدیم موجود با محدودیت‌های اساسی از جمله توان خروجی کم، ویژگی‌های ذخیره‌سازی محدود و زمان‌های شارژ طولانی‌تر مواجه هستند که توسعه نسل بعدی مواد ذخیره‌سازی انرژی را ضروری می‌کند.

یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی دکتر جونگ کو کانگ از دپارتمان علوم و مهندسی مواد، باتری هیبریدی سدیم یون پر انرژی و پرقدرت با قابلیت شارژ سریع تولید کرده است.

نتایج این تحقیق به سرپرستی جونگ هوی چوی و دونگ وون کیم در نشریه Energy Storage Materials منتشر شده است. محققان در این مقاله جزییات ساخت آند تقویت شده با گوگرد را تشریح کردند که در آن از سولفید آهن رسانا با تبلور کم و سطح بالای اکسیژن استفاده شده است. همچنین کاتد تقویت شده با چهارچوب‌های کربن غنی از مواد متخلخل سه‌بعدی نیز ساخته شده که برای ذخیره‌سازی انرژی در باتری سدیم-یون با کارایی بالا قابل استفاده است.

این فناوری، سیستم ذخیره انرژی هیبریدی مواد آندی را که معمولاً در باتری‌ها استفاده می‌شود با کاتدهای مناسب ابرخازن‌ها ترکیب می‌کند. این ترکیب به دستگاه اجازه می‌دهد هم به ظرفیت‌های ذخیره‌سازی بالا و هم نرخ شارژ/دشارژ سریع دست یابد و آن را به عنوان یک جایگزین مناسب برای نسل بعدی باتری‌های لیتیوم یونی قرار دهد.

با این حال، توسعه یک باتری هیبریدی با انرژی بالا و چگالی توان بالا مستلزم بهبود نرخ ذخیره انرژی آندهای نوع باتری و همچنین افزایش ظرفیت نسبتا کم مواد کاتدی ابرخازنی است.

برای حل این مشکل محققان از دو چهارچوب آلی فلزی متمایز برای سنتز بهینه باتری‌های هیبریدی استفاده کردند. این رویکرد منجر به توسعه یک ماده آندی با سینتیک بهبود یافته از طریق گنجاندن مواد فعال در کربن متخلخل حاصل شد. علاوه بر این، یک ماده کاتدی با ظرفیت بالا سنتز شد و ترکیب مواد کاتد و آند امکان توسعه یک سیستم ذخیره‌سازی یون سدیم را فراهم کرد که تعادل را بهینه می‌کند و اختلافات در نرخ ذخیره انرژی بین الکترودها را به حداقل می‌رساند.

سلول کامل مونتاژ شده، متشکل از آند و کاتد تازه توسعه‌یافته، دستگاه ذخیره‌سازی انرژی یون سدیم هیبریدی با کارایی بالا را تشکیل می‌دهد. این دستگاه از چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم یون تجاری فراتر رفته و ویژگی‌های چگالی ابرخازن‌ها را یک‌جا دارد. انتظار می‌رود که این باتری برای کاربردهای شارژ سریع از وسایل نقلیه الکتریکی گرفته تا دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند و فناوری‌های هوافضا مناسب باشد.