باتری‌های سیلیکون لیتیومی: ظرفیت ۱۰ برابر باتری‌ها با هزینه کمتر برای گوشی‌های هوشمند
سیلیکون همه‌جا هست حتی در گوشی‌های تلفن همراه ما ولی اگر به باتری‌ها هم اضافه شود؛ باز هم جادو خواهد کرد.
محققان دانشگاه آلبرتای ایالات متحده درباره ترکیب ماده سیلیکون با فناوری فعلی باتری‌های لیتیوم یون تحقیق کردند تا باتری‌هایی با ظرفیت ۱۰ برابر بیشتر ساخته شود.
در باتری‌های لیتیون یون فعلی با درصد بسیار بالایی از ماده گرافیت خام استفاده می‌شود. نوعی کربن که در مدادها نیز یافت می‌شود. گرافیت خالص برای ساخت الکترود استفاده می‌شود که محل ذخیره شارژ باتری هستند.
همین موضوع باعث شده قیمت گرافیت در جهان افزایش پیدا کند. تقاضا برای باتری‌های لیتیون یون روز به روز افزایش پیدا می‌کند و یک مشکل بزرگ روی دست سازندگان این باتری‌ها قرار داده است.
هزینه یک تن گرافیت خالص ۹۵ درصد حدود ۱۰ هزار دلار است. مشکل دیگر گرافیت، نایاب بودن و سختی‌های استخراج آن از معادنی خاص در سراسر جهان است.
تمام این دلایل باعث شدند محققان به دنبال ماده‌هایی برای جایگزینی گرافیت باشند و سیلیکون با هزینه‌ای یک سوم، کاندیدایی مناسب است. سیلیکون در دسترس و همه‌جا فراوان است.
اما سیلیکون یک ماده هاید ضعیف است و در حالت طبیعی نمی‌تواند شارژ باتری زیادی در خود نگه دارد. به همین دلیل هم تا کنون با استقبال سازندگان باتری‌های دستگاه‌های همراه روبرو نشده است.
نانوذرات سیلیکونی به جای آندهای گرافیتی
محققان دانشگاه آلبرتا می‌خواهند این ضعف ماده سیلیکون را رفع کنند و نوعی سیلیکون بسازند که عمر شارژ بهتری نسبت به حالت طبیعی دارد.
این محققان دریافتند اگر سیلیکون را به صورت ذراتی نانومتری دربیاورند؛ تحمل و مقاومت بیشتری در برابر شارژ و دشارژ باتری خواهند داشت. این نانوذرات می‌توانند فشارهای ناشی از تغییر حجم را بهتر تحمل کنند و ظرفیت بیشتری نسبت به گرافیت فراهم سازند.
ذرات سیلیکونی ۳ نانومتری وقتی در فرآیند ساخت باتری‌های لیتیوم یون استفاده شوند؛ ظرفیتی ۱۰ برابری نسبت به آندهای گرافیتی به دست می‌دهند.
این یافته می‌تواند دنیای باتری‌های صنعتی و لیتیوم یون را دگرگون کند و کاربران اسمارت‌فون‌ها و دیگر دستگاه‌های همراه به آرزوی چند ده ساله خود برسند.
اما بزرگ‌ترین مشکل برای تولید باتری‌های لیتیوم یون سیلیکونی، نحوه ساخت نانوذرات سیلیکونی برای استفاده در باتری است. در واقع، روش تولید سریع این نانوذرات هنوز مشخص نیست.
در سال ۱۳۹۴ هم محققانی از دانشگاه تهران چنین ایده‌ای را مطرح کردند و تلاش داشتند از نانوساختارهای سیلیکون بدون شکل (آمورف) در مقیاس بسیار کوچک برای ساخت باتری‌های لیتیوم یون استفاده کنند.
نتایج تحقیقات آنها هم ساخت باتری‌هایی با ظرفیت شارژ ۱۰ برابری بود در حالی‌که هزینه ساخت آنها بسیار پایین‌تر از باتری‌های فعلی است.
مشخص نیست چه زمانی باتری‌های فعلی اسمارت‌فون‌ها کنار گذاشته می‌شوند و باتری‌های نسل جدید با ظرفیت‌های چند برابر جایگزین آنها می‌شوند ولی آن‌چه مشخص است؛ این اتفاق به این‌زودی رخ نمی‌دهد.
