پژوهشگران با بطری‌های شیشه‌ای رها شده در مراکز گردآوری پسماندها، باتری‌های لیتیوم-یون با کارایی بالا ساخته‌اند. این باتری‌ها می‌تواند در خودروهای برقی و لوازم برقی شخصی بکار رود.
پژوهشگران دانشکده‌ی مهندسی دانشگاه Riverside's Bourns کالیفرنیا، با پسماند بطری‌های شیشه‌ای و یک فرآیند شیمیایی کم هزینه، آندهای نانو سیلیکونی مورد نیاز برای ساخت این باتری‌های لیتیوم-یون را ساخته‌اند.
- این باتری ها مسافت پیمایش خودروهای برقی و خودروهای هیبریدی برقی در هر بار شارژ را بیشتر خواهد کرد،
- و لوازم برقی شخصی مانند گوشیهای همراه و لپ تاپ‌هایی که با این باتری‌ها کار کنند کمتر به شارژ کردن نیاز پیدا می‌کنند.
این پژوهش که به رهبری Cengiz Ozkan، استاد مهندسی مکانیک و Mihri Ozkan، استاد مهندسی برق، انجام گردیده است در مقاله‌ای در مجله‌ی Nature journal Scientific Reports شرح شده است.
حتی با وجود برنامه‌های بازیافت امروزی نیز هر سال میلیاردها بطری شیشه‌ای به محل‌های دفن زباله وارد می‌شود! برای همین، پژوهشگران به فکر بهره‌گیری از "دی اکسید سیلیکون" موجود در پسماند بطری‌های نوشیدنی، در ساخت "نانوذرات سیلیکونی" با خلوص بالا برای باتری‌های لیتیوم-یون افتاده‌اند.
آندهای سیلیکونی می‌توانند تا ۱۰ برابر بیشتر از آندهای گرافیتی، انرژی ذخیره کنند، ولی انبساط و انقباض آنها در هنگام شارژ و خالی شدن چالش برانگیز است.
نشان داده شده است که اگر آنها را تا مقیاس نانو کوچک کنیم این مشکل نیز کاهش می‌یابد.
اکنون پژوهشگران با آمیختن این فرم فراوان و به نسبت خالص "دی اکسید سیلیکون" و یک واکنش شیمیایی کم هزینه، توانسته‌اند باتری‌های لیتیوم یونی نیم پیلی ساخته‌اند که نزدیک به چهار برابر باتری‌های با آندهای گرافیتی معمولی، انرژی ذخیره می‌کند.
برای ساخت آند، یک فرآیند سه مرحله‌ای انجام شده است:
- خرد کردن و آسیاب کردن بطری‌های شیشه‌ای و تبدیل آن به پودر سفید
- تبدیل دی اکسید سیلیکون به سیلیکون نانوساختار با بهره از یک واکنش کاهشی با منیزیم در دمای بالا (magnesiothermic reduction)
- و پوشش دادن "نانوذرات سیلیکون" با کربن برای بهبود پایداری و ویژگی‌های ذخیره سازی انرژی
آزمایش‌ها نشان داد که کارایی باتری‌های سکه‌ای ساخته شده با این روش تا اندازه‌ی بسیاری از باتری‌های معمولی بهتر بود.
این الکترودهای سیلیکونی ساخته شده از شیشه که با کربن پوشش داده شده اند (GSI @ C) پس از ۴۰۰ بار شارژ و خالی شدن، دارای ظرفیت mAh/g 1420~ در نرخ C/2 بوده است که یک کارایی الکتروشیمیایی بسیار عالی به حساب می‌آید.
Changling Li، نویسنده‌ی اصلی این مقاله می‌گوید: از یک بطری شیشه‌ای می‌توان به اندازه‌ی بسنده برای ساختن صدها باتری سکه‌ای و یا ۳ تا ۵ کیسه باتری سلولی، نانو سیلیکون بدست آورد.
Li می‌گوید: "ما از پسماندهایی که در محل دفن زباله رها شده بود باتری‌هایی ساخته‌ایم که
- انرژی بیشتری ذخیره می کنند
- و پایداری بیشتری از باتری‌های سکه‌ای تجاری کنونی دارند.
از این رو، باتری ما می‌تواند جایگزین نوید بخشی برای نسل بعدی باتری‌های لیتیوم یونی باشد.
این کار، تازه‌ترین پژوهش از مجموعه پروژه‌هایی است که به سرپرستی Mihri و Cengiz Ozkan برای ساخت آندهای باتری لیتیوم یونی با بهره گیری از مواد دوست‌دار زیست بوم انجام می‌شود.
پژوهش‌های پیشین ایشان بر ساخت و آزمایش آندهایی از قارچ portabella، شن و ماسه، و خاک دارای جدار سیلیسی (زمین سرشار از فسیل) متمرکز بوده است.
شاید این ها را نیز بپسندید:
گوشی‌هایی که در چند ثانیه شارژ می‌شود
باتری نوینی که با الگو از روده انسان ساخته شده است
گوشی و لپ تاپ های خورشیدی
توربین‌های بادی ژاپنی که از توفان برق می‌گیرند
باتری‌هایی که ۵۷۳۰ سال کار می‌کند
انرژی الکتریکی با کاشی‌های پشت بامی تسلا
مرز پیشرفت فناوری تا کجاست؟
لینک منبع خبر:
Making batteries from waste glass bottles